Разрядники являются защитными аппаратами. Они предназначены для защиты изоляции электрооборудования от перенапряжений. В распределительных устройствах электроустановок применяются вентильные разрядники, на линиях электропередачи - трубчатые.
Вентильные разрядники состоят из искровых промежутков, включенных последовательно с рабочим резистором, имеющим нелинейную вольт-амперную характеристику. В некоторых разрядниках параллельно искровым промежуткам присоединяют шунтирующие резисторы для равномерного распределения напряжения между ними.
В условных обозначениях разрядников буквы означают: Р - разрядник; В - вентильный, П - подстанционный (поляризованный для разрядников постоянного тока); С - станционный; М - с магнитным дутьем; О - облегченной конструкции; У - униполярный; К - для ограничения коммутационных перенапряжений. Цифры, следующие за буквами в обозначении, означают напряжения разрядника.
Разрядники характеризуются рядом параметров.
Класс напряжения разрядника - номинальное значение напряжения сети, для работы в которой разрядник предназначен.
Наибольшее допустимое напряжение разрядника - эффективное значение наибольшего гарантированного заводом-изготовителем напряжения, при котором разрядник надежно гасит дугу.
Пробивное напряжение разрядника- наибольшая величина плавно нарастающего напряжения в момент пробоя разрядника.
Импульсное пробивное напряжение разрядника - наибольшая величина импульсного напряжения в момент пробоя разрядника при заданном значении предразрядного времени. Предразрядное время - время от начала нарастания импульсного напряжения до момента пробоя разрядника.
Номинальный разрядный ток разрядника - амплитудное значение импульсного тока, который проходит через разрядник после его пробоя.
Ток проводимости разрядника, искровые промежутки которого шунтированы резисторами, - ток, проходящий через разрядник при приложении к нему напряжения постоянного тока заданной величины. У разрядников, не имеющих шунтирующих резисторов, измеряемый при этом ток называется током утечки.
Вентильные разрядники переменного тока служат основным средством ограничения перенапряжений и защиты от них.
Разрядник РВП-6 показан на рис. 1. Он состоит из многократных искровых промежутков 12 и последовательно включенных нелинейных вилитовых резисторов б, размещенных в фарфоровом корпусе 7 и сжатых спиральной пружиной 3. Блок многократных искровых промежутков включает несколько последовательно соединенных единичных искровых промежутков, помещенных в бумажно-бакслитовый цилиндр 4. Единичный искровой промежуток состоит из двух фигурных латунных электродов, приклеенных к изоляционной меканитовой или электрокартонной прокладке. Нелинейный последовательный резистор набирается из вилитовых (вилит-запеченная смесь карборунда с жидким стеклом), обладающих вентильными свойствами, то есть сопротивление карборунда изменяется в зависимости от приложенного к нему напряжения: чем выше приложенное напряжение, тем ниже его сопротивление, и наоборот. Количество искровых промежутков в блоке и вилитовых дисков в колонке зависит от величины номинального напряжения разрядника. Плоскости, которыми соприкасаются диски, для лучшего контакта металлизируют алюминием, а боковые поверхности вилитовых дисков для преграждения пути токам утечки покрывают изолирующей обмазкой. Для предотвращения смещения вилитовых дисков ставятся фетровые или войлочные прокладки 5. Вилит невлагостоек и при отсыревании его вентильные свойства ухудшаются. Поэтому разрядник герметизируется уплотнением 2 из озоностойкой резины и закрывается сверху металлическим колпаком 13. К несущей конструкции разрядник присоединяется хомутом 11, к токоведущим проводам - болтом 1, а к заземлению - шпилькой 9. Таким образом, разрядник включается между фазой электроустановки и контуром заземления параллельно защищаемой изоляции.
Рис. 1. Разрядник типа РВП-6
В нормальном режиме работы искровые промежутки обеспечивают изоляцию между фазой и землей. Как только возникает перенапряжение, опасное для изоляции электроустановки, происходит пробой искровых промежутков, в результате чего сеть оказывается соединена с землей через вилитовые диски. В это момент к вилитовым дискам прикладывается максимальное напряжение, поэтому сопротивление их будет наименьшим, а ток замыкания на землю - наибольшим. В результате разряда на землю напряжение в сети снижается, а сопротивление вилитовых дисков возрастает. Дуга переменного тока при прохождении через нуль гаснет, а затем вновь восстанавливается. Когда напряжение, приложенное к разряднику, оказывается недостаточным для поддержания дуги на искровых промежутках, при первом же прохождении тока через нуль его протекание через разрядник прекращается.
Модернизированный разрядник РВП с уменьшенным диаметром искровых промежутков и вилитовых дисков со сниженными габаритами и массой выпускается под наименованием РВО (разрядник вентильный облегченной конструкции).
2. Разрядник типа РВС
Вентильный разрядник РВС (разрядник вентильный станционный) выпускается в виде пяти стандартных элементов: РВС-15, РВС-20, РВС-30, РВС-33 и РВС-35. Из этих элементов комплектуют разрядники на напряжение до 220 кВ. Их устанавливают один на другой и соединяют последовательно. На рис. 2 показан элемент РВС, состоящий из фарфорового кожуха 1, внутри которого находятся вилитовые диски 2 и комплекты искровых промежутков 4, состоящие из нескольких единичных искровых промежутков 3. Каждый комплект заключен в фарфоровый цилиндр 5. Все искровые промежутки и вилитовые диски сжаты спиральными пружинами 6. Фарфоровый кожух закрыт с торцевых сторон крышками, под которыми проложена уплотняющая резина 7. Фарфоровый кожух армирован фланцами 8, которые служат для крепления разрядника к опорной конструкции, а также для присоединения к шинам или проводам. Комплекты искровых промежутков шунтируются подковообразными резисторами 9, предназначенными для равномерного распределения напряжения между ними.
На рис. 3 показан комплект искровых промежутков, состоящий из четырех единичных искровых промежутков. Каждый единичный искровой промежуток включает в себя два фигурных латунных электрода 4, разделенных миканитовой прокладкой. Искровые промежутки размещаются в фарфоровом цилиндре 3, закрытом сверху и снизу латунными крышками 1. К последним присоединяются подковообразные шунтирующие резисторы 2, изготовленные на основе карбоцида.
Рис. 3. Комплект искровых промежутков разрядника
Рис. 4. Блок искровых промежутков разрядника типа РВМ
На напряжение 35-500 кВ нашли применение разрядники магнитовентильные типа РВМ. Они отличаются от других типов разрядников наличием блоков магнитных искровых промежутков (рис. 4). Такие стандартные блоки искровых промежутков, дополненные дисковыми вилитовыми резисторами изготовляются на напряжение 35 кВ. Блок магнитных искровых промежутков состоит из набора единичных искровых промежутков 2, разделенных между собой кольцевыми магнитами 3. Единичный искровой промежуток составляется из двух концентрически расположенных медных электродов 6 и 8, между которыми образуется кольцевая щель 7. Возникающая в щели дуга вращается под действием постоянных магнитов с большой скоростью, что способствует ее быстрому гашению Набор из постоянных магнитов и единичных искровых промежутков помещается внутри фарфоровой покрышки 1, закрытой стальными крышками 5. Магниты и медные электроды плотно сжимаются стальной пружиной 4.
РАЗРЯДНИКИ.
Выполнила: Шлёмина Е. В.
Группа: 7203
Факультет: ЭЛ
Проверил: Барченко В. Т.
Санкт-Петербург
1. Введение…………………………………………………………………..3
2. Типы разрядников………………………………………………………..3
3. Виды разрядников………………………………………………………..4
4. Общее обозначение разрядника………………………………………..10
5. Вольт-секундная характеристика……………………………………...10
6. Список литературы……………………………………………………..13
Введение.
Разрядник - устройство для замыкания электрических цепей посредством электрического разряда в газе, вакууме или (реже) твёрдом диэлектрике; содержит 2 или более электрода, разделённых одним или более разрядным промежутком, проводимость которого резко меняется, когда разность потенциалов между электродами становится равной некоторой определённой при данных условиях величине - напряжению пробоя. В зависимости от состояния разрядного промежутка и параметров электрической цепи в разрядники могут иметь место различные формы разряда: искровой разряд,тлеющий разряд (в т. ч. коронный разряд),дуговой разряд, высокочастотный разряд или смешанные формы. Разрядники применяются в электротехнике и различных областях радиоэлектроники, в автоматике и экспериментальной физике; они служат для защиты электрических цепей и приборов от перенапряжений, для переключения высокочастотных и высоковольтных электрических цепей, их используют также при измерении высоких напряжений, а иногда - в качестве индикаторов степени разрежения в вакуумных системах.
Типы разрядников.
В соответствии с функциональным назначением выделяют два основных типа разрядников - защитные и управляющие. Защитные разрядники позволяют предотвращать чрезмерное возрастание напряжения на линии или на той установке, к которой они подсоединены, вследствие пробоя разрядника. Простейшими разновидностями разрядников, используемых для защиты электрических сетей, являются стержневые и роговые разрядники, состоящие из двух разделённых воздушным промежутком электродов (соответственно в виде стержней или изогнутых рогов). Один из электродов подсоединяют к защищаемому устройству, другой - заземляют. Т. к. при пробое проводимость газоразрядного промежутка резко возрастает, то разрядный ток не прекращается и после спадания напряжения до нормальной величины. Этот ток (т. н. сопровождающий ток), являющийся током замыкания системы (или установки) на землю, приводит к срабатыванию релейной защиты, что влечёт за собой временное прекращение электроснабжения установки или участка сети. Срабатывание релейной защиты в случае переменного тока можно предотвратить применением трубчатых разрядников, обеспечивающих гашение дуги сопровождающего тока. В трубчатых разрядниках разрядный промежуток расположен в канале трубки, выполненной из изоляционного газогенерирующего материала. Под действием тепла, выделяющегося в дуге сопровождающего тока, материал трубки разлагается с выделением большого количества газа; при этом давление в канале трубки повышается, образуется поток газа, гасящий дугу при переходе сопровождающего тока через нулевое значение. Трубчатые Р. используются, как правило, для защиты линий электропередачи переменного тока от грозовых перенапряжений.
Для обеспечения эффективной работы защитных разрядников пробивное напряжение последних должно быть высокостабильным (не зависящим от атмосферных условий и состояния электродов). Кроме того, вольт-секундная характеристика разрядного промежутка - кривая зависимости его пробивного напряжения от скорости нарастания напряжения на нём - должна быть относительно пологой и лежать ниже вольт-секундной характеристики изоляции защищаемого устройства. Этим требованиям удовлетворяют разрядники вентильные, обеспечивающие защиту от грозовых и коммутационных перенапряжений изоляции трансформаторов и др. электрических устройств.
Управляющие разрядники применяются для соединения в определённой последовательности различных элементов генераторов импульсного напряжения, для подсоединения нагрузки к мощным импульсным источникам тока, а также для соединения элементов электрических схем испытательной аппаратуры высокого напряжения и др. Простейший управляющий разрядник - шаровой разрядник, состоящий из двух сферических электродов, разделённых слоем газа. В некоторых типах управляющих разрядников разряд между электродами инициируется в нужный момент путём ослабления электрической прочности разрядного промежутка (например, вспрыскиванием раскалённого газа) или с помощью поджигающего импульса.
Виды разрядников.
Трубчатый разрядник служит для защиты от атмосферных перенапряжений изоляции ВЛ и с другими средствами защиты для защиты изоляции электрооборудования станций и подстанций напряжением от 3 кВ до 110 кВ, ослабленных мест на линиях электропередачи и на подходах к подстанциям. Подключение трубчатых разрядников к токоведущим частям линий электропередачи производится через внешний искровой промежуток.
Представляет собой комбинацию из двух последовательно включенных искровых промежутков (рис. 1). Первый (внешний) стержневой промежуток S1 выполняет функцию ограничения грозовых перенапряжений. Второй (внутренний) промежуток S2 расположен внутри трубки 1 из газогенерирующего материала. Один конец трубки заглушён заземленным металлическим колпачком 2 с присоединенным к нему стержневым электродом 3. Второй конец трубки открыт и охвачен кольцевым электродом 4. Внутренний промежуток служит для гашения электрической дуги и потому его также именуют дугогасящим.
Рис. 1. Трубчатый разрядник.
При ограничении перенапряжений можно выделить два этапа срабатывания трубчатый разрядник. На первом этапе при воздействии грозового импульса пробиваются оба искровых промежутка и через них протекает импульсный ток, отводящий энергию перенапряжения в землю и тем самым ограничивающий его. Вольт-секундная характеристика трубчатого разрядника определяется в основном размерами внешнего промежутка и имеет вид, характерный для всех стержневых промежутков в атмосферном воздухе. Повторный пробой ионизированных промежутков рабочим напряжением приводит к зажиганию между электродами электрической дуги. Начинается второй этап срабатывания трубчатого разрядника - гашение дуги сопровождающего тока. Под действием высокой температуры дуги с внутренней поверхности трубки выделяется большое количество газа, повышающее давление в ней до 15 МПа. Газы устремляются к открытому концу трубки и создают продольное по отношению к горящей дуге дутье, которое позволяет погасить дугу при первом же переходе тока через нулевое значение. Срабатывание РТ сопровождается выхлопом значительного количества раскаленных ионизированных газов и сильным звуковымэффектом.
Трубчатый разрядник представляет собой дугогасительную трубку из полихлорвинила, с разных концов которой закреплены электроды. Один электрод заземляется, а второй располагается на небольшом расстоянии от защищаемого участка (расстояние регулируется в зависимости от напряжения защищаемого участка). При возникновении перенапряжения пробиваются оба промежутка: между разрядником и защищаемым участком и между двумя электродами. В результате пробоя в трубке возникает интенсивная газогенерация, и через выхлопное отверстие образуется продольное дутье, достаточное для погашения дуги.
Вентильный разрядник служит средством ограничения перенапряжений оборудования электроустановок, возникающих при коммутациях электрических цепей, разрядах молнии и т. п.
Рис. 2. Вентильный (однофазный) разрядник.
Состоит из искровых промежутков (1) и нелинейных резисторов (2), заключенных в герметично закрытую фарфоровую покрышку (3), которая защищает внутренние элементы разрядника от воздействия внешней среды и обеспечивает стабильность характеристик.
Вентильный разрядник состоит из двух основных компонентов: многократного искрового промежутка (состоящего из нескольких однократных) и рабочего резистора (состоящего из последовательного набора вилитовых дисков). Многократный искровой промежуток последовательно соединен с рабочим резистором. В связи с тем, что вилит меняет характеристики при увлажнении, рабочий резистор герметично закрывается от внешней среды. Во время перенапряжения многократный искровой промежуток пробивается, задача рабочего резистора - снизить значение сопровождающего тока до величины, которая сможет быть успешно погашена искровыми промежутками. Вилит обладает особенным свойством - его сопротивление нелинейно - оно падает с увеличением значения силы тока. Это свойство позволяет пропустить больший ток при меньшем падении напряжения. Благодаря этому свойству вентильные разрядники и получили свое называние. Среди прочих преимуществ вентильных разрядников следует отметить бесшумность срабатывания и отсутствие выбросов газа или пламени.
Магнитовентильный разрядник (РВМГ) состоит из нескольких последовательных блоков с магнитным искровым промежутком и соответствующего числа вилитовых дисков. Каждый блок магнитных искровых промежутков представляет собой поочередное соединение единичных искровых промежутков и постоянных магнитов, заключенное в фарфоровый цилиндр.
При пробое в единичных искровых промежутках возникает дуга, которая за счет действия магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом, начинает вращаться с большой скоростью, что обеспечивает более быстрое, по сравнению с вентильными разрядниками, дугогашение.
Рис. 3. Магнитовентильный разрядник.
На напряжение 35-500 кВ нашли применение разрядники магнитовентильные типа РВМ. Они отличаются от других типов разрядников наличием блоков магнитных искровых промежутков (рис. 3). Такие стандартные блоки искровых промежутков, дополненные дисковыми вилитовыми резисторами изготовляются на напряжение 35 кВ. Блок магнитных искровых промежутков состоит из набора единичных искровых промежутков 2, разделенных между собой кольцевыми магнитами 3. Единичный искровой промежуток составляется из двух концентрически расположенных медных электродов 6 и 8, между которыми образуется кольцевая щель 7. Возникающая в щели дуга вращается под действием постоянных магнитов с большой скоростью, что способствует ее быстрому гашению Набор из постоянных магнитов и единичных искровых промежутков помещается внутри фарфоровой покрышки 1, закрытой стальными крышками 5. Магниты и медные электроды плотно сжимаются стальной пружиной 4.
Ограничитель перенапряжения – это разрядник без искровых промежутков. Активная часть такого разрядника состоит из последовательного набора варисторов, проводимость которых нелинейно зависит от приложенного напряжения.
Разрядник без искровых промежутков обладает особой быстротой срабатывания: при возникновении перенапряжения сопротивление такого разрядника резко снижается, возрастая сразу после прохождения заряда (менее чем за 1 наносекунду). При этом сохраняется стабильность характеристики варисторов после многих срабатываний вплоть до окончания указанного срока эксплуатации, что устраняет необходимость в эксплуатационном обслуживании.
Рис. 4. Ограничитель перенапряжения.
1. Усиливающие элементы
2. Варисторы
3. Покрышка новой резины
4. Защитная лента
5. Фланец
ОПН в полимерном корпусе могут состоять из одного или нескольких модулей, каждый из которых содержит одну колонку варисторов. Варисторы не обладают "кумулятивным" эффектом, т.е. их вольт-амперная характеристика не зависит от числа срабатываний ОПН. Силиконовая покрышка наносится на активную часть методом непосредственного вакуумного литья в специальной холдинговой машине. Фланцы соединены друг с другом двумя или более усиливающими элементами из стекловолокна, что придает ОПН высокие механические характеристики. Благодаря тому, что силиконовая изоляция наносится непосредственно на вариаторы, внутри нет воздуха и, как следствие, отсутствуют внутренние частичные разряды. Кроме того, улучшаются условия охлаждения варисторов, что улучшает энергопоглащающую способность ОПН.
ОПН состоит из внешнего изолятора, выполненного из негаллогенированной силиконовой резины с концевыми фланцами и выводами, выполненными из нержавеющей стали, алюминия или меди. Внутренняя часть ОПН состоит из металлооксидных варисторов, стальных прокладок, алюминиевыхкомпонентов, стекловолоконных стяжек и арамидных волокон. Металлоксидные варисторы представляют собой агломератные «таблетки», состоящие в основном из ZnO (90%) и др. веществ (более 1%): Bi 2 O 3 , Sb 2 O 3 , NiO, Cr 2 O 3 .
Металлоксидные варисторы покрыты слоем тонкого стекла (<0,1 % веса), содержащим РbО. Силиконовая резина, используемая для внешней изоляции, обладает значительно более высокой гидрофобностью и стойкостью к воздействию ультрафиолетовой радиации, чем фарфоровая изоляция. Кроме того, применение полимерной изоляции снижает массогабаритные параметры ОПН, что расширяет возможность их применения. ОПН могут монтироваться по так называемой «перевернутой» схеме, когда подвод напряжения осуществляется снизу.
ОПН 6-110 кВ с полимерной изоляцией, по сравнению с вентильными разрядниками, обладают целым рядом преимуществ:
1. варисторы, применяемые в ОПН, обладают высокой стабильностью, которая
не изменяется в процессе длительной эксплуатации;
2. большое быстродействие срабатывания ОПН при коммутационных и
грозовых перенапряжениях;
3. отличные пиковые характеристики ОПН в широком диапазоне рабочей
температуры;
4. применение варисторов в одно колонковом исполнении позволяет
обеспечить особенно глубокое ограничение напряжений и, соответственно, более
высокую надежность работы оборудования и улучшение параметров сети;
5. уменьшение габарита и веса ОПН в 10 - 20 раз позволяет установить их
непосредственно вблизи защищаемого оборудования;
6. высокая механическая прочность и малая масса ОПН позволяет
устанавливать их на ВЛ 6-110 кВ без усиления конструкции опор;
7. ОПН в полимерном корпусе не требуют специального обслуживания, не
повреждаются при транспортировке и хранении;
8. малые массо-габариты ОПН позволяют легко выполнять их монтаж при
минимальном использовании техники.
Общее обозначение разрядника.
Рис. 5. Обозначение разрядников.
1. Общее обозначение разрядника
2. Разрядник трубчатый
3. Разрядник вентильный и магнитовентильный
4. ОПН
При коммутациях, а также вследствие атмосферных разрядов в электротехнических установках часто возникают импульсы напряжения - перенапряжения, существенно превышающие номинальное. Электрическая изоляция оборудования не должна повреждаться при этом и выбирается с соответствующим запасом. Однако возникающие перенапряжения зачастую превосходят этот запас, и изоляция тогда повреждается - пробивается, что может привести к тяжелым авариям. Для ограничения возникающих перенапряжений, а следовательно, и снижения требований к уровню электрической изоляции (снижения стоимости оборудования) применяются разрядники.
Разрядник - это электрический аппарат, искровой промежуток которого пробивается при определенном значении приложенного напряжения, ограничивая тем самым перенапряжения в установке.
Разрядник состоит из электродов с искровым промежутком между ними и дугогасительного устройства. Один из электродов присоединяется к защищаемой цепи, другой - заземляется.
Если кривая 1 (рис. 3-6) - номинальное напряжение, а кривая 3 - вольт-секундная характеристика изоляции оборудования (т. е. время, в течение которого изоляция может выдержать данное перенапряжение не повреждаясь), то вольт-секундная характеристика разрядника должна определяться кривой 2. При возникновении перенапряжения (кривая 4) искровой промежуток разрядника пробивается раньше (точка О), чем изоляция оборудования. После пробоя линия (сеть) заземляется через сопротивление разрядника или накоротко. При этом напряжение на линии определяется значением тока через разрядник, сопротивлением разрядника и заземления.
Падение напряжения на разряднике при протекании импульсного тока данного значения и формы называется остающимся напряжением. Чем меньше это напряжение, тем лучше качество разрядника.
После пробоя разрядника от импульса напряжения его искровой промежуток ионизирован и легко пробивается фазным напряжением. Возникает короткое замыкание на землю, и через разрядник протекает ток промышленной частоты, который называется сопровождающим. Чтобы избежать срабатывания защиты и отключения оборудования, разрядник должен отключить сопровождающий ток в возможно малое время (примерно в полупериод промышленной частоты).
Рис. 3-6. Вольт-секундные характеристики .
К разрядникам предъявляются следующие требования:
1. Вольт-секундная характеристика разрядника должна быть ниже, чем у защищаемого объекта.
2. Искровой промежуток разрядника должен иметь определенную гарантированную электрическую прочность при промышленной частоте.
3. Остающееся напряжение на разряднике, и характеризующее его ограничивающую способность, не должно превышать значений, которые опасны для изоляции оборудования.
4. Сопровождающий ток должен отключаться на малое время.
5. Разрядник должен допускать большое число срабатываний без осмотра и ремонта.
Трубчатые разрядники. Разрядник (рис. 3-7) представляет собой дугогасительную трубку 3 из полихлорвинила марки «винипласт», на концах которой закреплены металлические наконечники: верхний, закрытый, 2 и нижний, открытый, 7. Внутри трубки помещается стержневой электрод 4, который крепится в хвостовике 9 верхнего наконечника. Вторым электродом внутреннего искрового промежутка служит шайба б, закрепленная в нижнем наконечнике. При помощи хомутов 5 нижний наконечник (разрядник) крепится к заземленной конструкции. К нижнему же наконечнику крепится ленточный указатель срабатывания 8, свободный конец которого изгибается и заводится внутрь наконечника. При срабатывании разрядника конец указателя выбрасывается газовым дутьем, и лента выпрямляется.
Рис. 3-7. Общий вид трубчатого разрядника.
С целью разгрузки изоляционного материала разрядника от электрического поля при номинальном режиме разрядник отделяется от линии наружным (lнар) искровым промежутком, для регулирования которого служит удлинитель (рог) 1.
При возникновении перенапряжения пробиваются оба промежутка (lвн и lнар). Возникающая в трубке дуга вызывает сильную газогенерацию из стенок трубки. Газы устремляются через выхлопное отверстие в шайбе б и открытый наконечник, образуя интенсивное продольное дутье, которое гасит дугу при прохождении тока через нуль, одновременно гаснет дуга и на промежутке lнар. Отключение сопровождается большим выбросом пламени и газов (при U = 35 кВ А = 3 м, В = 1,5 м). В объеме, занимаемом пламенем и газами, не должны располагаться какие-либо токоведущие части. Предельный отключаемый ток определяется прочностью трубки и, например, для разрядников серии РТВ на 6-35 кВ составляет 12 кА. Предельные токи отключения разрядников с фибробакелитовыми трубками меньше, чем у разрядников с винипластовыми трубками.
Вентильные разрядники. Вентильный разрядник (рис. 3-8, а) состоит из двух основных частей: блока искровых промежутков 4, в который входит несколько последовательно соединенных единичных искровых промежутков 3 (рис. 3-8, б), шунтированных подковообразными нелинейными резисторами 9, предназначенными для выравнивания распределения напряжения, и рабочего резистора, составленного из набора последовательно включенных вилитовых дисков 2. Искровые промежутки заключены в фарфоровые цилиндры 5.
Блок искровых промежутков соединен последовательно с рабочим резистором, закрыт фарфоровым кожухом 1, сжат спиральной пружиной 6 и герметизирован озоностойкой резиной 7. Необходимость герметизации обусловлена гигроскопичностью вилита, который меняет свои характеристики при увлажнении. Разрядник крепится при помощи фланцев 8 к чугунному основанию (на рисунке не показано).
Провод фазы линии высокого напряжения подключается к болту на крышке. Заземляющий проводник присоединяется к чугунному основанию разрядника непосредственно или через счетчик срабатываний.
Разрядник работает следующим образом. При возникновении перенапряжения пробиваются искровые промежутки и импульсный ток через рабочий резистор уходит в землю. Сопровождающий ток ограничивается рабочим резистором до значения, при котором дуга может быть погашена искровыми промежутками. Единичный промежуток способен отключить ток с амплитудой 80-100. А при действующем восстанавливающемся напряжении 1-1,5 кВ. Число искровых промежутков и число дисков резистора выбираются исходя из указанных условий. Дуга при этом погаснет за один полупериод.
Рис. 3-8. Вентельный разрядник.
Рис. 3-9. Блок с магнитными искровыми промежутками .
Резистор из вилита характеризуется нелинейностью своего сопротивления. С ростом тока значение сопротивления падает. Это позволяет пропустить через резистор большой ток при малом падении напряжения (из-за этого разрядники получили название в ентильных). Напряжение на разряднике практически мало меняется в широком диапазоне изменения токов. По мере приближения тока к нулю сопротивление резко возрастает, снижая ток до нуля ранее его естественного перехода через нуль. Это обстоятельство облегчает гашение дуги в единичных искровых промежутках.
Вентильные разрядники работают бесшумно и без какого-либо выброса газов и пламени. Для фиксации числа срабатываний устанавливаются специальные (электромагнитные, электромеханические и др.) счетчики. Вентильные разрядники выполняются на напряжения до 220 кВ и предназначены для защиты изоляции электрооборудования от атмосферных перенапряжений. Они применяются в открытых и закрытых электроустановках с частотой 50 Гц. Разрядники на 3, 6 и 10 кВ отличаются Друг от друга только числом искровых промежутков и числом вилитовых резисторов, а также габаритами. Разрядники на номинальные напряжения 15, 20 и 35 кВ состоят из одного стандартного элемента, аналогичного изображенному на рис. 3-8, а; разрядники на напряжение 60 кВ и выше-из трех и более соединенных последовательно стандартных элементов номинальным напряжением 15, 20 или 35 кВ.
Разрядники магнитовентнльные (РМВГ). Эти разрядники выполняются на номинальные напряжения 150-500 кВ. Они комплектуются из стандартных блоков (на 30 кВ) с магнитными искровыми промежутками и соответствующего числа дисков вилитовых резисторов.
Блок магнитных искровых промежутков (рис. 3-9) представляет собой набор (здесь четыре) единичных искровых промежутков 2, расположенных вперемежку с постоянными магнитами 3 кольцевой формы. Все устройство размещено в фарфоровом цилиндре 1 и закрыто стальными крышками 5. Крепление всех элементов внутри цилиндра осуществляется за счет давления пружины 4. Каждый блок шунтируется резисторами с высокоомным нелинейным сопротивлением.
Единичный магнитный искровой промежуток состоит из двух концентрически расположенных медных электродов б и 8. Щель 7 между ними образует искровой зазор. Кольцевые магниты 3 создают в щели магнитное поле (480-640 А/см).
Возникающая в щели дуга начинает вращаться по кольцевой щели с большой скоростью. По сравнению с обычными искровыми промежутками пропускная и дугогасительная способность магнитного искрового промежутка много выше.
Разрядники постоянного тока. Применение разрядников с обычными искровыми промежутками для защиты электрооборудования постоянного тока невозможно. Падение напряжения на искровом промежутке после его пробоя составит всего 20-30 В, и для гашения дуги потребуется чрезвычайно большое число промежутков; напряжение пробоя будет чрезмерно высоким, и не будет обеспечена защита изоляции.
Разрядники постоянного тока выполняются с устройствами для гашения дуги. Так, магнитные разрядники постоянного тока серии РМБВ состоят из искровых промежутков с дугогасящей камерой (шунтированных или не шунтированных резисторами с высокоомными нелинейными сопротивлениями), блока рабочего нелинейного вилитового резистора и дугогасящего искрового промежутка с постоянными магнитами. Конструктивно они выполняются аналогично вентильным разрядникам.
Магнитный разрядник типа РАН-1 - разрядник многократного действия с пониженным давлением внутри корпуса, предназначен для защиты от перенапряжений обмоток возбуждения синхронных машин. Разрядник имеет диапазон регулирования уставки по пробивному напряжению 1200-3500 В (амплитудное значение) и позволяет пропускать ток до 5000 А (амплитудное значение) при среднем значении тока в течение 1 с до 1000 А. Номинальное напряжение разрядника 1000 В постоянного тока.
28.09.2015
Устройство, внешний вид
Независимо от типа разрядники обязательно имеют искровые промежутки, а также резисторы: рабочие и шунтирующие. Далее конструкция помещается в фарфоровый корпус и закрывается во всех фланцах с применением армировочных растворов. Именно такими мы их видим на подстанциях и распределительных устройствах.
Применяется краска, устойчивая к влаге, и эмаль, которые кладутся поверх армировки. Разрядники отличаются классовым напряжением, которое определяет число миканитовых шайб (из них производятся искровые промежутки), а также их соотношением с сопротивлением рабочего резистора.
В процессе работы распределительного устройства, когда напряжение увеличивается до пробивного, сопротивление рабочего резистора, наоборот, падает, что говорит о его нелинейности.
Вилитовые (реже - тервитовые) диски применяются как основа для рабочего резистора. Они отличаются таким свойством как гигроскопичность, что объясняет необходимость герметичности корпуса разрядника и соединительных стыков.
Основные типы разрядников
- Разрядники РВН, РВО, РВЭ, РВП и РВС применяются исключительно для предохранения распределительных устройств и прочего высоковольтного оборудования от сбоев во время грозы. У последних продолжительность импульса меньше по сравнению с коммутационными, что важно для этих типов устройств, ведь их возможности ограничены возможностью погашения дуги искровыми промежутками. Все выводы выходят из состава таких разрядников: конструкция состоит из включенных друг за другом искровых промежутков и рабочего сопротивления.
- РВРД, РВМГ и РВМ: эти разрядники на любом распределительном устройстве способны погасить дугу. Возможность достигается за счет магнитного поля, которое действует от постоянных магнитов: в искровом промежутке дуга растягивается и пропадает. Устройства этих видов способны не только оградить распределительно устройство или другое высоковольтное оборудование от губительного действия грозовых разрядов, но и защитить от коммутационных перенапряжений небольшой продолжительности.
- Разрядники РВМК будут лучшей защитой от коммутационных перенапряжений, они имеют в своей конструкции следующие модули:
- искровой, состоящий исключительно из искровых промежутков,
- вентильный, который представлен только резисторами,
- основной, где расположены и рабочие резисторы, и искровые промежутки.
Применение молниеотводов полностью не исключает поражения молнией электроустановок, особенно линий электропередачи, так как вероятность прорыва молнии для воздушных линий электропередачи может быть сравнительно высока, и, кроме того, они часто выполняются вообще без тросовой защиты. Волны перенапряжений, возникающие на линиях при ударах молнии, доходят до подстанций (поэтому их и называют набегающими волнами) и могут представлять опасность для изоляции установленного там оборудования.
Для предупреждения повреждения какой-либо изоляционной конструкции параллельно ей включают искровой промежуток , вольт-секундная (характеристика которого должна лежать ниже вольт-секундной характеристики защищаемой изоляции. При соблюдении этого условия падение волны перенапряжения вызовет во всех случаях пробой искрового промежутка с последующим резким падением («срезом») напряжения на искровой промежуток и защищаемой изоляции. Вслед за импульсным током через искровой промежуток начнет протекать ток, обусловленный напряжением промышленной частоты электроустановки, - сопровождающий ток.
В установках с заземленной нейтралью или при пробое искрового промежутка в двух-трех фазах дуга сопровождающего тока самостоятельно может и не погаснуть, и импульсный пробой в этом случае перейдет в устойчивое короткое замыкание, что приведет к отключению установки. Поэтому, чтобы избежать такого отключения установки, необходимо обеспечить гашение дуги сопровождающего тока через искровой промежуток.
Устройства, которые обеспечивают не только защиту изоляции от перенапряжений, но и гашение дуги сопровождающего тока в течение времени, меньшего, чем время действия релейной защиты, называют защитными разрядниками в отличие от обычных искровых промежутков, которые принято называть защитными промежутками (ПЗ).
Трубчатые разрядники вместе с являются основными типами разрядников. Они отличаются принципом гашения дуги сопровождающего тока. В трубчатых разрядниках гашение дуги осуществляется за счет создания интенсивного продольного дутья, а в вентильных дуга гаснет благодаря уменьшению сопровождающего тока с помощью дополнительного сопротивления, включенного последовательно с искровым промежутком.
Трубчатый разрядник (рис. 1, а) представляет трубку 2 из изолирующего газогснерирующего материала, внутри которой имеется дугогасящий нерегулируемый промежуток S1, образованный стержневым электродом 3 и фланцем 4. Разрядник отделяется от рабочего напряжения внешним искровым промежутком так как трубка 2 не рассчитана на длительное нахождение под напряжением из-за разложения газогенерирующего материала под действием токов утечки. Второй фланец 1 разрядника заземляется.
Рис. 1. Трубчатый разрядник: а - устройство и схема включения, б - условное обозначение на схемах, в - напряжение на разряднике, г -схема замещения.
При перенапряжении в сети (рис. 1, в) оба искровых промежутка пробиваются и волна перенапряжений (кривая 1) срезается. По пути, созданному импульсным разрядом, начинает протекать сопровождающий ток, и искровой разряд переходит в дуговой. Под действием высокой температуры канала дуги сопровождающего тока материал трубки разлагается с выделением большого количества газов, давление в ней резко возрастает (до десятков атмосфер) и газы с силой вырываются через отверстие фланца 4, создавая интенсивное продольное дутье. В результате дуга гаснет при первом же прохождении тока через нуль.
При срабатывании разрядника из него выбрасываются раскаленные ионизированные газы в виде факела 5 длиной 1,5 - 3,5 м и шириной 1 - 2,5 м (в зависимости от номинального напряжения разрядника) и раздается звук, напоминающий выстрел. Поэтому для предупреждения междуфазовых замыканий при монтаже разрядников нужно следить, чтобы в зону выхлопа не попали токоведущие части соседних фаз. Напряжение срабатывания разрядников можно регулировать, изменяя расстояние внешнего искрового промежутка но их нельзя снижать ниже определенного минимума, так как это вызывает слишком частые срабатывания разрядников и их повышенный износ.
Так как электрическое поле стержневых электродов трубчатого разрядника резконеоднородно, то его вольт-секундная характеристика имеет падающий характер на участке до 6 - 8 мкс, что плохо согласуется с пологими вольт-секундными характеристиками трансформаторов и электрических машин. Для успешного гашения дуги необходима определенная интенсивность газообразования, поэтому существует нижний предел отключаемых токов, при котором разрядник еще может погасить дугу в течение 1 - 2 полупериодов.
Верхний предел отключаемых токов также ограничивается, так как слишком интенсивное газообразование может привести к разрушению разрядника (разрыву трубки или срыву фланцев).
Диапазон отключаемых токов указывается в обозначении типа разрядника, например РТВ 35/(0,5 - 2,5) означает трубчатый разрядник 0,5 - 2,5 винипластовый на 35 кВ с пределами отключаемых токов 0,5 - 2,5 кА.
При уменьшении длины дугогасящего промежутка и увеличении его диаметра оба предела отключаемых токов разрядника смещаются в сторону больших значений.
Так как работа разрядника сопровождается выгоранием части материала дугогасящей трубки, то после 8 - 10 срабатываний, когда диаметр возрастает на 20 - 25 % по сравнению с первоначальным, разрядник становится непригодным (так как изменяются пределы отключаемых им токов) и подлежит замене.
Для учета числа срабатываний трубчатые разрядники снабжаются указателем срабатывания в виде металлической ленты 6 (см. рис. 1, а), разгибаемой выбрасываемыми разрядником газами. В настоящее время промышленностью выпускаются трубчатые разрядники типа РТФ , в которых газ генерируется фибровой трубкой, и типа РТВ с трубкой из винипласта.
Вследствие малой механической прочности фибры она заключается в толстую трубку из бакелизированой бумаги, которая для уменьшения ее гигроскопичности покрывается влагостойким лаком (обычно перхлорвиниловой эмалью), хорошо выдерживающим атмосферные воздействия летнего и зимнего периодов. Особенностью разрядников типа РТФ является наличие камеры у закрытого конца трубки, которая усиливает продольное дутье при прохождении тока через нулевое значение и способствует тем самым гашению дуги.
В разрядниках РТВ газ генерируется трубкой из винипласта, который обладает более высокой газогенерирующей способностью и изолирующими свойствами, хорошо сохраняющимися даже при работе на открытом воздухе при любой погоде. Разрядники РТВ имеют более простую конструкцию (у них нет внутренней камеры, не требуют лакировки) и более высокие верхние пределы отключаемых токов (15 кА вместо 7-10 кА для разрядников РТФ).
Рис. 2. Трубчатый разрядник РТВ-20-2/10
Для работы в сетях с очень большими отключаемыми токами (до 30 кА) выпускаются усиленные разрядники типа РТВУ, повышенная механическая прочность которых достигается путем обмотки винипластовой трубки слоями стеклоленты, пропитанной атмосферостойким эпоксидным компаундом.
Импульсная пропускная способность трубчатых разрядников, которые пропускают через себя практически весь ток молнии при ударе ее в линию, достаточно высока и составляет 30-70 кА.
Выбор трубчатых разрядников производится по номинальному напряжению сети и пределам токов короткого замыкания сети в точке их установки. Максимальный ток к. з. рассчитывают при условии включения всех элементов сети (линии, трансформаторы, генераторы) с учетом апериодической составляющей тока к. з., минимальный ток - при схеме сети с частично выключенными элементами (например, для капитального ремонта) и без учета апериодической составляющей. Найденные пределы тока к. з. должны укладываться в пределы отключаемых токов трубчатого разрядника.
Трубчатые разрядники выпускаются на напряжения от 3 до 220 кВ, отключаемые токи лежат в пределах от 0,2 - 7 и 1,5 - 30 кА при напряжении 3 - 35 кВ до 0,4 - 7 и 2,2 - 30 кА при напряжении 110 кВ. Разрядник на 220 кВ состоит из двух трубчатых разрядников на 110 кВ, соединенных между собой стальной обоймой с выхлопными патрубками.
Основными недостатками трубчатых разрядников являются наличие зоны выхлопа, крутой срез волны перенапряжения, замыкание (хотя и кратковременное) линий на землю и особенно крутая вольт-секундная характеристика, исключающая возможность широкого применения трубчатых разрядников в качестве аппарата защиты подстанционного оборудования. Недостатком трубчатых разрядников является также наличие предельных отключаемых токов, что осложняет их производство и эксплуатацию.
Благодаря своей простоте и низкой стоимости трубчатые разрядники широко применяются в качестве вспомогательных средств защиты подстанций, для защиты маломощных и малоответственных подстанций, а также отдельных участков линий.
В настоящее время трубчатые и вентильные разрядники постепенно заменяют на нелинейные ограничители напряжений (ОПН) . Они представляют собой последовательно соединенные металлооксидные варисторы (нелинейные резисторы) без искровых промежутков, заключенные в фарфоровый или полимерный корпус.
