В логарифмических координатах

 

Рис. 6.33. Единичный искровой промежуток с неподвижной дугой (разрез):

 1 – латунные электроды; 2 – миканитовая шайба;

Искровой промежуток.

Рис. 6.34. Конструкция искрового промежутка с вращающейся дугой:

1 ‒ внутренний электрод; 2 ‒ внешний электрод; 3 ‒ изоляционные прокладки; 4 ‒ постоянные магниты; 5 ‒ кольцо из пластмассы

 

Последовательное сопротивление (НС на рис.6.31, а) вентильного разрядника должно обладать нелинейной вольтамперной характеристикой и способностью многократно пропускать импульсные и сопровождающие токи. Оно ограничивает сопровождающий ток до величины, при которой искровые промежутки надежно гасят дугу. Поэтому при напряжении гашения величина НС должна быть возможно большей. С другой стороны, при протекании максимального импульсного тока необходимо иметь минимальное НС, для того чтобы остающееся на разряднике импульсное напряжение не превышало допустимого для изоляции. Указанным условиям удовлетворяет нелинейное сопротивление, вольтамперная характеристика которого имеет вид, показанный на рис.6.35.

Рис. 6.35. Вольт-амперная характеристика нелинейного последовательного сопротивления вентильного разрядника

 

При увеличении приложенного напряжения проводимость запорного слоя резко возрастает и общее сопротивление резистора начинает определяться собственно зернами карборунда.

Нелинейные резисторы вентильных разрядников прессуются в виде дисков из исходной массы, состоящей из порошка карбида кремния и связующего материала. В настоящее время применяются диски из вилита и тервита.

Вилитовые резисторы, имеющие стеснительно низкую пропускную способность, применяются в основном в фозозащитных разрядниках. Тервит обладает значительно большей пропускной способностью. В связи с этим разрядники с тервитовыми резисторами могут использоваться для защиты как от грозовых, так и от коммутационных перенапряжений. Требования к характеристикам грозозащитных вентильных разрядников устанавливает ГОСТ 16357-83, согласно которому разрядники всех классов напряжения разделены на группы (Приложение Ж).

Дугогасящее действие искрового промежутка РВ характеризуется коэффициентом гашения:

K_гаш = U_пр~ / U_гаш,                                (6.107)

где U_пр ‒ пробивное напряжение искровых промежутков при частоте 50 Гц, а защитное действие нелинейного резистора ‒ коэффициентом защиты (защитным отношением):

).                                 (6.104)

Очевидно, что увеличение нелинейности сопротивления резистора приводит к уменьшению остающегося напряжения и снижению К_защ (рис. 6.35). С другой стороны, чем больший ток I_гаш допустим для разрядника, тем меньше U_ocт при неизменной вольт-амперной характеристике сопротивления. Таким образом, значение К_защ определяется не только свойствами нелинейного резистора, но и конструкцией искрового промежутка, от которой зависит ток гашения.

Искровые промежутки с неподвижной дугой используются в разрядниках II группы серии РВС ‒ разрядник вентильный станционный, и III группы РВО ‒ разрядник вентильный облегченной конструкции. Их недостатком является малая дугогасящая способность (т.е. способность гасить дугу сопровождающего тока при первом переходе его через ноль). Для промежутков типа РВС ток I_сопр не должен превышать 80... 100 А.

Увеличение I_сопр может быть допущено при переходе к промежуткам с вращающейся дутой, которые применяются в магнитно-вентильных разрядниках II группы серии РВМГ (разрядник вентильный магнитный грозовой) и РВМ (разрядник вентильный магнитный). Такой промежуток надежно гасит значительно большие сопровождающие токи (до 250 А). Это позволяет уменьшить число дисков нелинейного последовательного сопротивления, а следовательно, и остающееся напряжение разрядника, что приводит к существенному улучшению защитного коэффициента разрядника.

Дальнейшее улучшение защитных свойств магнитно-вентильных разрядников может быть достигнуто при применении в них токоограничивающих искровых промежутков с растягиванием дуги сопровождающего тока и вводом ее в узкую щель, в которой происходит интенсивное охлаждение и деионизация дуги у стенок, в результате чего градиент напряжения на ней значительно увеличивается. Это позволяет применить сопротивление с меньшей нелинейностью, но с более высокой пропускной способностью или уменьшить сопровождающий ток разрядника. Защитные характеристики его улучшаются, повышается пропускная способность, уменьшаются габариты, вес и себестоимость производства разрядников.

Если для разрядников с искровыми промежутками типа РВС защитный коэффициент k_з составляет 2,5...2,7, то для разрядников с магнитным гашением ‒ 2,0, т.е. при одинаковом напряжении гашения остающееся напряжение на 20...26% ниже. Величина k_з для разрядников с токоограничивающими искровыми промежутками уменьшается до 1,6... 1,8.

Комбинированные вентильные разрядники серии РВМК предназначены для ограничения как грозовых, так и внутренних перенапряжений в системах 330‒750 кВ. Нелинейные резисторы комбинированных разрядников изготовляются из тервита, имеющего α = 0,15÷0,25, что хуже чем у вилита.

Это создает трудности при конструировании разрядников. Если тервитовый резистор обеспечивает защиту от внутренних перенапряжений при проходящих через него токах менее 1,5 кА, то при грозовых перенапряжениях, когда токи достигают 10 кА и более, вследствие высокого коэффициента нелинейности он не может обеспечить защиту изоляции.

 

Рис. 6.36. Схема комбинированного разрядника

Рис. 6.37. Вольт-амперная характеристика комбинированного разрядника

 

Это обстоятельство привело к комбинированной схеме разрядника, показанной на рис. 6.36. Часть тервитового резистора НР2 (около 40%) зашунтирована дополнительным искровым промежутком ИП2, который при внутренних перенапряжениях не пробивается, и напряжение на разряднике соответствует характеристике 1 на рис. 6.37. При прохождении через разрядник тока более 1,5 кА напряжение на ИП2 становится больше его пробивного напряжения и часть резистора закорачивается. При этом напряжение на разряднике следует характеристике 2 и остается в допустимых пределах.