Устройство и принцип действия вентильного разрядника

Для защиты изоляции электрооборудования подстанций применяются вентильные разрядники (РВ) и нелинейные ограничители напряжения (ОПН). В соответствии с защитными характеристиками этих аппаратов устанавливаются уровни изоляции трансформаторов и аппаратов подстанций.

Основными элементами вентильного разрядника являются многократный искровой промежуток и соединенный последовательно с ним резистор с нелинейной вольт-амперной характеристикой (рис. 6а). При воздействии на РВ импульса грозового перенапряжения пробивается искровой промежуток (ИП) и через разрядник проходит импульсный ток, создающий падение напряжения на сопротивлении резистора. Благодаря нелинейной вольт-амперной характеристике это падение напряжения мало меняется при существенном изменении импульсного тока (рис. 6б).

а) б)

Рис.6. Схема включения(а) и вольт-амперные характеристики вентильного разрядника (б): 1 и 2 разные нелинейности резистора, 1и 3 разные токи гашения.

Одной из основных характеристик РВ является остающееся напряжение U_ост, представляющее собой падение напряжения на сопротивлении резистора при определенном импульсном токе (5—14 кА в зависимости от типа РВ), который называется током координации.

Остающееся напряжение и близкое к нему по значению импульсное пробивное напряжение искрового промежутка РВ U_ост должны быть на 20—25 % ниже разрядного или пробивного напряжения защищаемой изоляции (координационный интервал).

Вслед за импульсным током через РВ проходит сопровождающий ток промышленной частоты. Сопротивление нелинейного резистора при рабочем напряжении резко возрастает, сопровождающий ток существенно ограничивается, и при переходе его через нулевое значение дуга в искровом промежутке гаснет.

Наибольшее напряжение промышленной частоты на РВ, при котором надежно обрывается сопровождающий ток, называется напряжением гашения U_гаш, а соответствующий сопровождающий ток — током гашения I_гаш.

Основу нелинейного резистора составляет порошок электротехнического карборунда SiC. На поверхности карборунда имеется запорный слой толщиной порядка 100 мкм из окиси кремния SiO₂, сопротивление которого нелинейно зависит от напряженности электрического поля. При малых напряженностях поля (при небольших напряжениях на резисторе) удельное сопротивление слоя составляет 10⁴—10⁶ Ом*м, и практически все напряжение ложится на него, так как удельное сопротивление самого карборунда значительно меньше — около 10^-2 Ом*м. При повышении напряженности поля сопротивление запорного слоя резко падает и значение сопротивления нелинейного резистора начинает определяться собственно карборундом. Свойство материала резко менять свое сопротивление в зависимости от напряжения, обеспечивая пропускание очень больших токов при высоких напряжениях и весьма малых при пониженных, называют «вентильным».