Искровые промежутки и роговые разрядники

Искровой промежуток (ИП) устанавливается параллельно изоляции ЭУ (ИЭУ) (рис.45). При набегании импульса перенапряжения (U_п), происходит пробой искрового промежутка (ИП) с последующим резким падением напряжения. При этом, опасных перенапряжений на изоляции ЭУ не возникает, так как ВСХ ИП (кривая 2) располагается ниже ВСХ изоляции ЭУ (кривая 1).

Рис. 45. Принцип работы искрового промежутка

Искровые промежутки являются самым простым и дешевым устройством защиты от перенапряжений, в настоящее время применяется редко. В сетях напряжением 3..35 кВ могут выполняться в виде рогов, способствующих растягиванию и гашению дуги из-за электродинамических сил и тепловых потоков. В сетях до 35 кВ длина защитного промежутка мала, и для предотвращения замыкания промежутка птицами в заземляющих спусках создаются дополнительные искровые промежутки.

Роговые разрядники выполняются либо с одним искровым промежутком, либо с двумя искровыми промежутками (рис. 46).

Рис. 46. Роговые разрядники, применяемые на контактной сети

Способность гашения дуги роговым разрядником сильно зависит от скорости и направления ветра. При определенных условиях дуга не успевает погаснуть за время меньшее время срабатывания релейной защиты, происходит аварийное отключение ЭУ.

Для роговых разрядников характерны недостатки чисто искровых промежутков.

Трубчатые разрядники (рис. 47) представляют собой разновидность искровых промежутков, дополненных приспособлением для принудительного гашения дуги, которое выполнено в виде трубки из газогенерирующего материала (1) (винипласт или менее прочный фибробакелит).

Рис. 47. Устройство трубчатого разрядника: 1 - газогенерирующая трубка; 2- стержневой электрод; 3 - кольцевой электрод; S₁ – внешний искровой промежуток; S₂ – внутренний искровой промежуток.

При возникновении грозового перенапряжения оба промежутка S₁ и S₂ пробиваются и импульсный ток отводится в землю. После окончания импульса через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток и, искровой разряд переходит в дуговой. Под действием высокой температуры канала дуги переменного тока в трубке происходит интенсивное выделение газа и давление сильно увеличивается. Газы устремляются к открытому концу трубки, создают продольное дутье, в результате чего дуга гасится при первом же прохождении тока через нулевое значение. Гашение дуги происходит в течение времени меньшего, чем время срабатывания релейной защиты. Разрядники, обеспечивающие не только защиту изоляции от перенапряжений, но и бесперебойное электроснабжение получили название защитных разрядников.

Вентильные разрядники являются другой разновидностью искровых промежутков, отличающихся слабой неоднородностью электрического поля и нелинейным резистором для гашения дуги.

Защитная функция вентильным разрядником выполняется так же, как и простым искровым промежутком, но в связи с однородностью электрического поля вольт-секундная характеристика разрядника (рис. 48 прямая 2) существенно лучше, чем у трубчатого, и меньше статистический разброс пробивных напряжений.

Рис. 48. Принцип работы вентильного разрядника

При воздействии на вентильный разрядник волны перенапряжения (U_п), превышающей его пробивное напряжение (U_пр), происходит пробой его искрового промежутка (ИП) и нелинейное сопротивление (R_р) присоединяется к сети. После пробоя искрового промежутка действующее на изоляцию ЭУ перенапряжение определяется в основном падением напряжения на нелинейном сопротивление (U_имп), вследствие протекания через него импульсного тока (I_имп). Причем ВАХ нелинейного сопротивления такова, что сильному изменению тока соответствует слабое изменение напряжения. Максимальное значение U_имп называется остающимся напряжением (U_ост). Это напряжение ≈ U_пр с некоторым запасом (~ 30%) должно быть меньше допустимого для защищаемой изоляции.

После импульсного пробоя загорается дуга и через разрядник протекает ток поддерживаемый рабочим напряжением (U_р). Этот ток называется сопровождающим. Он ограничивается нелинейным сопротивлением (до нескольких десятков ампер), величина которого резко возрастает при снижение напряжения на разряднике с U_имп до U_р. При прохождении тока через нуль дуга гаснет, и разрядник приходит в исходное положение. Таким образом, искровые промежутки вентильных разрядников при отсутствии перенапряжений отделяют нелинейные сопротивления от сети и подключают их в момент появления опасных для изоляции перенапряжений.

Импульсный ток (от 5 до 10 кА, в зависимости от типа разрядника и номинального напряжения ЭУ), при остающимся напряжение, называется током координации (I_коорд).

Искровые промежутки вентильных разрядников, по возможности, должны иметь вольт-секундную характеристику близкую к горизонтальной. Получить такую характеристику возможно с помощью многократных искровых промежутков или с помощью активизации единичных промежутков.

Многократный искровой промежуток состоит из большого числа последовательно включенных единичных промежутков состоящих из двух латунных электродов, разделенных миканитовой шайбой (рис. 49).

Рис. 49. Единичный искровой промежуток с неподвижной дугой

Активизации единичных промежутков подразумевает вращение или растягивание дуги под действием магнитного поля.

Нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН)

Основным недостатком вентильного разрядника является сравнительно невысокая нелинейность резисторов на основе карбида кремния, что не позволяет обеспечить уровень перенапряжений ниже 2U_ф. Более глубокое их снижение требует уменьшения значения нелинейного сопротивления, что приводит к существенному увеличению сопровождающих токов, которые не могут быть погашены в искровых промежутках.

Значительное улучшение защитных характеристик разрядников может быть достигнуто при отказе от использования искровых промежутков. Это оказывается возможным при переходе к резисторам на основе окиси цинка.

При рабочем напряжении сопротивление ОПН очень велико и ток через него составляет доли миллиампера, а при токах соответствующих атмосферным и коммутационным перенапряжениям сопротивление резко снижается и остающиеся напряжение не превышает допустимых значений.

Вопросы для самопроверки:

· Токоограничивающие реакторы.

· Принцип работы искрового промежутка.

· Роговые разрядники.

· Трубчатые разрядники.

· Вентильные разрядники.

· Нелинейные ограничители перенапряжений.

Дата добавления: 2014-01-20