Вентильные разрядники и ограничители перенапряжений

Для защиты изоляционных конструкций РУ от грозовых и коммутационных перенапряжений применяются разрядники и нелинейные ограничители перенапряжения (ОПН). Изменение напряжения и тока сопровождения на разряднике при его пробое (срабатывании) показано на Рис.1а. На Рис. 1бпредставлена электрическая схема соединения искровых промежутков.

Рис.1.а. Изменение тока и напряжения на разряднике при его пробое

 

Рис. 1.б Электрическая схема соединения искровых промежутков

 

Основными элементами вентильных разрядников являются искровые промежутки, последовательно соединённые с резистором, имеющим нелинейную вольт-амперную характеристику (ВАХ). В некоторых разрядниках параллельно искровым промежуткам 2, 3 присоединяются шунтирующие резисторы 1 (линейные) и конденсаторы, дающие возможность управлять распределением напряжений различной длительности по искровым промежуткам (рис. 1, б).

На Рис. 2. представлен вентильный разрядник на напряжение 33 кВ, состоящий из фарфоровой покрышки 1, колонки нелинейных резисторов из вилита 2 и блока последовательно соединенных искровых промежутков 3.

 

Рис.2. Вентильный разрядник

 

Конструкция ОПН показана на Рис.3.

 

 

Рис. 3. Нелинейный ограничитель перенапряжений (ОПН)

 

Основными элементами ОПН являются фарфоровый корпус 2, фланцы 4, имеющие устройство 3, обеспечивающее герметичность, наружный тороидальный экран 6 с держателями 5, обеспечивающий выравнивание распределения напряжения по варисторам 7. Варисторы имеют внутреннюю полость 1, служащую для сброса избыточного давления при аварийном режиме через клапан взрывобезопасности 3. Тепловая прослойка 8, передающая избыток теплоты от варисторов на корпус, одновременно используется для крепления варисторов 7. В последнее время для изготовления корпусов ОПН стали применять полимерные материалы, например стеклопластик, что позволяет существенно снизить массу аппаратов и упростить конструкцию ОПН.Одним из основных недостатков вентильных разрядников является высокое значение коэффициента нелинейности материалов (тервита и вилита) = (0,2—0,4), а также нестабильность напряжений пробоя. Поэтому значительный прогресс был достигнут после разработки новых оксидно-цинковых варисторов с коэффициентом нелинейности = 0,02.Это позволилоразработать аппараты защиты без искровых промежутков. При рабочем напряжении токи через варисторы составляют миллиамперы, а при перенапряжениях соответственно сотни и тысячи ампер.Ограничитель подсоединён к сети в течение всего срока службы. Поэтому через варисторы непрерывно протекает ток. Ограничитель сохраняет работоспособность до тех пор, пока воздействием рабочего напряжения и импульсов перенапряжений активная составляющая тока не превысит некоторого критического значения, при котором нарушается тепловое равновесие аппарата.Поглощение ограничителем энергии из сети предшествует повышению перенапряжения. Кратность ограничения перенапряжений ОПН имеет порядок 1,75 (для коммутационных) и соответственно 2,42—1,8 (для грозовых), что значительно ниже, чем для вентильных разрядников, и, самое главное, обеспечивается стабильность этого коэффициента.

Вентильные разрядники и ограничители перенапряжений всех напряжений должны быть постоянно включены. В ОРУ допускается отключение на зимний период (или отдельные его месяцы) вентильных разрядников, предназначенных только для защиты от грозовых перенапряжений в районах с ураганным ветром, гололёдом, резкими изменениями температуры и интенсивным загрязнением.

Профилактические испытания вентильных разрядников и ограничителей перенапряжений должны проводиться в соответствии с Объёмом и нормами испытаний электрооборудования.

Ограничители перенапряжений по размеру гораздо меньше, чем разрядники и по конструктивным особенностям надёжнее их в эксплуатации, при обслуживании более экономичны. Защитные характеристики более совместимы с современными видами оборудования. (Рис. 4.)

 

Рис. № 4. Типы ОПН, выпускаемые Великолукским завом электротехнического оборудования.

В зависимости от типов разрядников и ограничителей перенапряжений производится:

1. Измерение сопротивления разрядников и ограничителей перенапряжения.

2. Измерение тока проводимости вентильных разрядников выпрямленным напряжением.

3. Измерение тока проводимости ограничителей перенапряжений.

4. Измерение пробивного напряжения вентильных разрядников (с искровыми промежутками).

5. Тепловизионный контроль вентильных разрядников и ограничителей перенапряжений.

6. Проверка герметичности разрядников.

Трубчатые разрядники и защитные промежутки (если они ещё остались в эксплуатации) должны осматриваться при обходах линий электропередачи. Срабатывание разрядников отмечается в обходных листах. Проверка трубчатых разрядников со снятием с опор проводится 1 раз в 3 года.

Как показывает статистика аварий, основной причиной нарушений эксплуатационной надёжности вентильного разрядника является проникновение влаги в его внутреннюю полость и в особенности в область искрового промежутка. Смотри рис. № 5 и № 6. Возникновение проводящих мостиков, разрушающих промежутки, и отсыривание шунтирующих сопротивлений могут привести к неравномерному распределению восстанавливающегося напряжения между единичными промежутками и к отказу в гашения сопровождающего тока с последующим разрушением (взрывом) разрядника.В некоторых случаях проводящие мостики могут вызвать разрушение разрядника и при рабочем напряжении без перенапряжений.

 

 

б)

Рис. 5. Элементы вилитового разрядника серии РВС.

а - РВС-30; б— РВС-20; 1—комплект искровых промежутков: 2—вилитовые диски изолирующая обмазка на блоке дисков; 4 — фиксатор (картонная звездочка);

5-фарфоровый чехол; 6 — стальной уплотняющий диск (в некоторых исполнениях силуминовый и латунный с прокладкой из толя); 7 — кольцевое резиновое уплотнение; 8 - болт, закрывающий отверстие, предназначенный для проверки герметичности; 9 -пружина; 10— шунтирующая лента; 11 — цемент; 12—капельница; 13 — фланец (силумин); 14 — болт.

Рис. 6. Элемент искрового промежутка разрядника серии РВС.

1 – латунная шайба; 2—миканитовая шайба; 3 — фарфоровая труба; 4 — латунная крышка; 5 —шунтирующее сопротивление.

 

Отложение продуктов коррозии на электродах искровых промежутков снижает разрядное расстояние между ними (а в некоторых случаях приводит к закорачиванию части промежутков), что создаёт опасность их пробоя при незначительных коммутационных перенапряжениях или даже в нормальном режиме.Влага, попадающая на рабочие сопротивления, разрушает структуру вентильных дисков, а в некоторых случаях создаёт возможность перекрытия дисков по поверхности.Увлажнение вилитовых сопротивлений может привести кзаметному ухудшению их защитных характеристик - повышению коэффициента вентильности, уменьшению пропускной способности.Принятая в практике методика электрических профилактических испытаний вентильных разрядников предусматривает в качестве основного критерия для оценки состояния разрядника результаты измерений тока проводимости искрового промежутка (при наличии шунтирующих сопротивлений) или токов утечки (без шунтирующих сопротивлений) при приложении выпрямленного повышенного напряжения.Повышенные токи проводимости (утечки) свидетельствуют о наличии влаги.Резкое уменьшение токов проводимости чаще всего возникает из-за обрыва в цепи шунтирующих сопротивлений.Существенные данные о состоянии разрядника могут дать также измерения пробивного напряжения искрового промежутка разрядников при приложении повышенного напряжения промышленной частоты (для разрядников 6-10 кВ).Увеличение разрядного напряжения может иметь место вследствие повреждения деталей искрового промежутка, понижение - также вследствие повреждений или коррозирования электродов.При оценке состояния разрядников по результатам испытаний не­обходимо совместно рассмотреть результаты всех выполненных замеров и, в частности, данные предыдущих испытаний.Незначительные отклонения от нормальных значений тока и про­бивного напряжения искрового промежутка могут быть вызваны неточ­ностью сборки или повреждениями в пределах, не нарушающих нор­мальной работы разрядников; с другой стороны, такие отклонения дают основания подозревать наличие начальной стадии процессов, сопут­ствующих проникновению влаги внутрь промежутка.Измерения тока проводимости и тока утечки в искровыхпромежутках разрядников производится при приложении повышенноговыпрямленного напряжения. Измерение пробивного напряжения вентильных разрядников специальной установкой переменным напряжением (током) промышленной частоты.

13.4. Осмотры и проверки защиты шин и ВЛ от грозовых перенапряжений.

 

Верховой осмотр без снятия с опор, а также дополнительные осмотры и проверки вентильных и трубчатых разрядников, установленных в зонах интенсивного загрязнения, должны выполняться в соответствии с требованиями местных инструкций. Ремонт трубчатых разрядников должен выполняться по мере необходимости в зависимости от результатов проверок и осмотров. Осмотр средств защиты от перенапряжений на подстанциях должен проводиться:

- в установках с постоянным дежурством персонала - во время очередных обходов, а также после каждой грозы, вызвавшей работу релейной защиты на отходящих ВЛ;

- в установках без постоянного дежурства персонала - при осмотрах всего оборудования.

На ВЛ напряжением до 1000В перед грозовым сезоном выборочно должна проверяться исправность заземления крюков и штырей изоляторов, установленных на железобетонных опорах, а также арматуры этих опор. При наличии нулевого провода контролируется также зануление этих элементов. На ВЛ, построенных на деревянных опорах, проверяются заземление и зануление крюков и штырей изоляторов на опорах, имеющих защиту от грозовых перенапряжений, а также там, где выполнено повторное заземление нулевого провода.