2.2. Общие сведения о конструкциях разрядников

При работе электрических установок возникают напряжения, которые могут значительно превышать номинальные значения (перенапряжения). Эти перенапряжения могут пробить электрическую изоляцию элементов оборудования и вывести установку из строя. Чтобы избежать пробоя электрической изоляции, она должна выдерживать эти перенапряжения. Однако габаритные размеры оборудования получаются чрезмерно большими, т.к. перенапряжения могут быть в 6-8 раз больше номинального напряжения. С целью облегчения изоляции возникающие перенапряжения ограничивают с помощью разрядников и изоляцию оборудования выбирают по этому ограниченному значению перенапряжений.

Возникающие перенапряжения делят на две группы: внутренние (коммутационные) и внешние (атмосферные).

Во время пробоя через разрядник протекает импульс тока.

Напряжение на разряднике при протекании импульса тока данного значения и формы называется остающимся напряжением. Чем меньше это напряжение, тем лучше качество разрядника.

После прохождения импульса тока искровой промежуток оказывается ионизированным и легко пробивается номинальным фазным напряжением. Возникает КЗ на землю, при котором через разрядник протекает ток промышленной частоты, который называется сопровождающим. Сопровождающий ток изменяется в широких пределах.

В эксплуатации находятся трубчатые и вентильные разрядники. Промышленность выпускает ОПН (ограничитель перенапряжения нели­нейный).

Требования, предъявляемые к разрядникам:

1. Вольт-секундная характеристика разрядника должна идти ниже характеристики защищаемого объекта и должна быть пологой.

2. Искровой промежуток разрядника должен иметь определенную гарантированную электрическую прочность при промышленной частоте (50 Гц) и при импульсах.

3. Остающееся напряжение на разряднике, характеризующее его ограничивающую способность, не должно достигать опасных для изоляции оборудования значений.

4. Сопровождающий ток частотой 50 Гц должен отключаться за минимальное время.

5. Разрядник должен допускать большое число срабатываний без осмотра и ремонта.

2.3. Конструкции трубчатых разрядников

Корпусом РТ является изоляционная трубка 1, выполненная из газогенерирующего материала (винипласт или фибра) или имеющая внутреннюю вставку из такого материала. РТ при нормальной работе установки отделен от линии воздушным промежутком S2. При появлении грозового перенапряжения пробиваются промежутки S1 и S2 и импульсный ток отводится в землю. После прохождения импульсного тока по разряднику течет сопровождающий ток промышленной частоты. В узком канале трубки в промежутке S1 между электродами 2 и 3 загорается дуга. Внутри корпуса поднимается давление. Образующиеся газы могут выходить через отверстие в кольцевом электроде 3.

При прохождении тока через нуль происходит гашение дуги под действием охлаждения промежутка S1 газами, выходящими из разрядника. Трубка отделяется от провода фазы внешним искровым промежутком S2, препятствующим разложению газогенерирующего материала трубки под действием токов утечки. При воздействии импульса грозового перенапряжения оба промежутка пробиваются и импульсный ток отводится в землю. При протекании вслед за импульсным сопровождающего тока под действием высокой температуры дугового разряда происходит разложение материала трубки, выделение газа и повышение давления. Газы, устремляясь к открытому концу трубки, создают продольное дутье, вызывающее гашение дуги при прохождении тока через нулевое значение.

В заземленном электроде 4 имеется буферный объем 5, где накапливается потенциальная энергия сжатого газа. При прохождении тока через нуль создается газовое дутье из буферного объема, что тоже способствует эффективному гашению дуги (см. трубчатый разрядник в лаборатории).

Для РТ устанавливаются верхний и нижний пределы отключаемых токов, зависящие от размеров внутреннего канала трубки. Верхний предел обусловлен механической прочностью корпуса РТ, нижний - давлением, зависящим от отключаемого тока, при котором обеспечивается надежное гашение дуги сопровождающего тока.

Защитная характеристика разрядника в значительной степени зависит от вольт-секундной характеристики искрового промежутка. В трубчатом разряднике промежуток образован стержневыми электродами, имеющими крутую вольт-секундную характеристику из-за большой неоднородности электрического поля. В связи с этим трубчатые разрядники непригодны для защиты станционного оборудования.

В эксплуатации находятся РТ с фибробакелитовыми трубками (типа РТ) и с трубками из винипласта (типа РТВ). В фибробакелитовом разряднике в качестве газогенерирующего материала применяется фибра. Корпусом РТ является бакелитовая трубка. РТ такого типа имеют камеру у закрытого конца трубки, являющуюся буфером и способствующую накоплению газов, которые при прохождении тока через нуль обеспечивают интенсивное продольное дутье. РТ с трубками из винипласта, имеющего лучшие изоляционные и газогенерирующие свойства, имеют более простую конструкцию, более высокую механическую прочность, и следовательно, высокий верхний предел отключаемых токов.

Особенностью установки всех РТ является необходимость обеспечения зоны выхлопа, в которую не должны попадать провода других фаз и заземленные конструкции, а также зоны выхлопов РТ, защищающих другие фазы. Размеры этих зон значительны, например, для РТ на 35 кВ ее длина равна 3 и ширина 1,5 м.

Основные недостатки РТ: нестабильные характеристики, наличие зоны выхлопа и крутая вольт-секундная характеристика.

В результате трубчатые разрядники широко заменялись более совершенными устройствами ограничения перенапряжений - вентильными разрядниками.