К разрядникам предъявляются следующие требования

Лекция: Разрядники

1.Общие сведения
2.Трубчатые разрядники
3.Вентильные разрядники
4.Разрядники постоянного тока
5.Ограничители перенапряжений
6.Длинно-искровые разрядники

Общие сведения

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, так как 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 атмосферные. Первые возникают при коммутации электрических цепей (катушек индуктивностей, конденсаторов, длинных линий), дуговых замыканиях на землю и других процессах. Они ха­рактеризуются относительно низкой частотой воздействую­щего напряжения (до 1000 Гц) и длительностью воздейст­вия до 1 с. Вторые возникают при воздействии ат­мосферного электричества, имеют импульсный характер воздействующих напряжений и малую длительность (де­сятки микросекунд). Электрическая прочность изоляции при импульсах зависит от формы импульса, его амплитуды. Зависимость максимального напряжения импульса от вре­мени разряда называется вольт-секундной характеристикой. Для изоляции с неоднородным электрическим полем ха­рактерна резко падающая вольт-секундная характеристика. При равномерном поле вольт-секунд­ная характеристика пологая и идет почти параллельно оси вре­мени.

Рис.1. Согласование ха­рактеристик разрядника и защищаемого оборудования

 

Основным элементом разряд­ника является искровой про­межуток. Вольт-секундная характеристика этого промежутка (кривая 1 на рис.1) должна лежать ниже вольт-секундной характеристики защищаемого обо­рудования (кривая 2). При появ­лении перенапряжения промежуток должен пробиться раньше, чем изоляция защищаемого оборудования. После пробоя линия заземляется через соп­ротивление разрядника. При этом напряжение на линии оп­ределяется током I, проходящим через разрядник, сопро­тивлениями разрядника и заземления Rз. Чем меньше эти сопротивления, тем эффективнее ограничиваются перена­пряжения, т.е. больше разница между возможным (кри­вая 4) и ограниченным разрядником перенапряжением (кривая 3). 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 может изменяться в широких пре­делах. Чтобы избежать выключения оборудования от релейной защиты, этот ток должен быть отключен разрядником в воз­можно малое время (около полупериода промышленной частоты).

 

К разрядникам предъявляются следующие требования.

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.

 

Рис.2. Обозначение разрядников

 

На электрических принципиальных схемах в России разрядники обозначаются согласно ГОСТ 2.727—68.

1. Общее обозначение разрядника

2. Разрядник трубчатый

3. Разрядник вентильный и магнитовентильный

4. ОПН

Промышлен­ность выпускает вентильные разрядники се­рий РН, РВН, РНК, РВО, РВС, РВТ, РВМГ, РВРД, РВМ, РВМА, РМВУ и трубчатые.

Разрядник РН - низкого напряжения, предназначен для защиты от атмосферных перенапряжений изоляции электрооборудо­вания напряжением 0,5 кВ.

Разрядник РВН - вентильный, для за­щиты от атмосферных перенапряжений изо­ляции электрооборудования.

Разрядник РНК предназначен для за­щиты устройств контроля изоляции вводов высокого напряжения трансформаторов.

Разрядник РВРД - вентильный, с растя­гивающейся дугой, предназначен для за­щиты изоляции электрических машин от ат­мосферных и кратковременных внутренних перенапряжений.

Разрядник РМВУ - вентильный, маг­нитный, униполярный, предназначен для за­щиты от перенапряжений изоляции тягового электрооборудования в установках постоян­ного тока.

Разрядник РА - серии А, предназначен для защиты от перенапряжений обмоток возбуждения крупных синхронных машин (турбогенераторов, гидрогенераторов и ком­пенсаторов) с номинальным током возбу­ждения до 3000 А.

Разрядник РВО - вентильный облегчен­ной конструкции; разрядник РВС - вен­тильный станционный; разрядник РВТ - вентильный, токоограничивающий; разряд­ник PC - вентильный для защиты электроу­становок сельскохозяйственного назначения; разрядники серии РВМ, РВМГ, РВМА, РВМК - вентильные с магнитным гашением дуги, модификации Г и А, комби­нированные, предназначены для защиты от атмосферных и кратковременных внутренних перенапряжений (в пределах пропускной спо­собности разрядников) изоляции оборудова­ния электрических станций и подстанций переменного тока номинальным напряже­нием 15-500 кВ.

Трубчатые разрядники РТВ и РТФ - винипластовые или фибробакелитовые, предназначены для защиты от атмосферных перенапряжений изоляции ли­ний электропередачи и с другими средствами защиты для защиты изоляции электрообору­дования станций и подстанций напряжением 3, 6, 10, 35, 110 кВ.

 

 

Трубчатые разрядники

Рис.3. Трубчатый разрядник

Трубчатый разрядник (рис.3) при нормальной работе установки отделен от линии воздушным промежутком S2. При появлении 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 обоймы (трубки) 1 из газогенерирующего материала (винипласта или фибры) в проме­жутке S1 между электродами 2 и 3 загорается дуга. Внутри обой­мы 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. В заземленном электроде 4 имеется буферный объем 5, где накап­ливается потенциальная энергия сжатого газа. При проходе тока через нуль создается газовое дутье из буферного объема, что способствует эффективному гашению дуги.

Предельный отключаемый ток промышленной частоты определяет­ся механической прочностью обоймы и составляет 10 кА для фибробакелитовой обоймы и 20 кА для винипластовой, упрочненной стеклотка­нью на эпоксидной смоле. Сопровождающий ток частотой 50 Гц опре­деляется местом расположения разрядника и меняется в довольно широком диапазоне в зависимости от режима работы энергосистемы. Поэтому должны быть известны минимальные и максимальные значе­ния тока КЗ в месте установки разрядника.

Минимальный ток разрядника определяется гасящей способностью трубки. Чем меньше диаметр выхлопного канала, чем больше его длина, тем меньше нижний предел отключаемого тока. Однако при больших токах в трубке возникает высокое давление. При недостаточной механической прочности трубки может произойти разрушение разрядника. В настоящее время выпускаются винипластовые разрядники высокой прочности с наибольшим отключаемым током до 20 кА.

Работа трубчатого разрядника сопровождается сильным звуковым эффектом и выбросом газов. Так, зона выброса газов разрядника PTB-I10 имеет вид конуса с диаметром 3,5 и высотой 2,2 м. При раз­мещении разрядников необходимо, чтобы в эту зону не попадали эле­менты, находящиеся под высоким потенциалом.

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 то же время электрическое поле в защищаемых аппаратах и оборудовании стремятся сделать рав­номерным с целью более полного использования изоляционных матери­алов и уменьшения габаритов и массы. При равномерном поле вольт-секундная характеристика получается пологой, практически мало зави­сящей от времени. В связи с этим трубчатые разрядники, имеющие крутую вольт-секундную характеристику, непригодны для защиты подстанционного оборудования. Обычно с их помощью защищается только линейная изоляция (изоляция, создаваемая подвесными изоляторами). При выборе трубчатого разрядника необходимо рассчитать возможный минимальный и максимальный ток КЗ в месте установки и по этим то­кам выбрать соответствующий разрядник. Номинальное напряжение разрядника должно соответствовать номинальному напряжению сети. Размеры внутреннего S1 и внешнего S2 промежутков (рис.3) выби­раются по специальным таблицам.

 

При ремонте проверяют состояние фибробакелитовой трубки, прочность крепления на ней стальных наконечников, правильность расположения внутри трубки электродов, исправность указателя срабатывания. Поврежденный лаковый покров трубки восстанавливают. Ослабленные наконечники обжимают на трубке. При необходимости регулируют внутренний искровой промежуток между электродами.

Проверяют исправность указателя срабатывания. Поврежденную латунную фольгу заменяют новой полоской толщиной 0,02 мм. Внутренний диаметр дугогасительного канала и длина внутреннего искрового промежутка разрядника не должны отличаться от паспортных данных более чем на 0,5 и 1 мм соответственно. После ремонта наконечники окрашивают черной эмалевой краской.