Устройство и принцип деяния вентильных разрядников

Основными элементами вентильного разрядника являются искровой просвет и нелинейный поочередный резистор, которые врубаются поочередно меж токоведущим проводом и землей параллельно защищаемой изоляции.

При воздействии на разрядник импульса грозового перенапряжения его искровой просвет пробивается и через разрядник проходит ток. Разрядник таким макаром вводится в работу. Напряжение, при котором пробиваются искровые промежутки, именуется пробивным напряжением разрядника.

После пробоя искрового промежутка напряжение на разряднике, а означает, и на защищаемой им изоляции понижается до величины, равной произведению импульсного тока Iи на сопротивление поочередного резистора Rи. Это напряжение именуется остающимся напряжением Uосн. Его величина не остается неизменной, а меняется совместно с конфигурацией величины импульсного тока Iи, проходящего через разрядник. Но в течение всего времени работы разрядника остающееся напряжение не должно повышаться до величины, небезопасной для защищаемой изоляции.

Рис. 1. Электронная схема включения вентильных разрядников. ИП — искровой просвет, Rн — сопротивление нелинейного поочередного резистора, U — импульс грозового перенапряжения, И — изоляция защищаемого объекта.

После прекращения протекания импульсного тока через разрядник продолжает проходить ток, обусловленный напряжением промышленной частоты. Этот ток именуется провождающим. Искровые промежутки разрядника должны обеспечить надежное гашение дуги провождающего тока при первом прохождении его через нуль.

Рис. 2. Форма импульса напряжения до и после срабатывания вентильного разрядника. tр — время срабатывания разрядника (время разряда), Iи — импульсный ток разрядника.

Напряжение гашения вентильных разрядников

Надежность гашения дуги искровым промежутком находится в зависимости от величины напряжения промышленной частоты на разряднике в момент гашения провождающего тока. Наибольшая величина напряжения, при которой искровые промежутки разрядников накрепко разрывают провождающий ток, именуется большим допустимым напряжением либо напряжением гашения Uгаш.

Величина напряжения гашения вентильного разрядника задается режимом работы электроустановки, в какой он работает. Потому что при грозовых воздействиях могут происходить сразу замыкание одной фазы на землю и работа вентильных .разрядников на других неповрежденных фазах, то напряжение на этих фазах при всем этом увеличивается. Напряжение гашения вентильных разрядников выбирается с учетом схожих повышений напряжения.

Для разрядников, работающих в сетях с изолированной нейтралью, напряжение гашения принимается равным Uгаш=1,1 х 1,73 х Uф = 1,1 Uн, где Uф — рабочее фазное напряжение.

При всем этом учитывается возможность увеличения напряжения на неповрежденных фазах до линейного при замыкании одной фазы на землю и еще на 10% из-за регулирования напряжения потребителя. Как следует, наибольшее рабочее напряжение разрядника составляет 110% номинального линейного напряжения Uном.

Для разрядников, работающих в сетях с глухо заземленной нейтралью, напряжение гашения составляет 1,4 Uф, т. е. 0,8 номинального линейного напряжения сети: Uгаш = 1,4 Uф = 0,8 Uном. Потому такие разрядники время от времени именуются 80%-ными.

Искровые промежутки вентильных разрядников

Искровые промежутки вентильных разрядников должны удовлетворять последующим требованиям: иметь размеренное пробивное напряжение при малых разбросах, иметь пологую вольт-секундную характеристику, не изменять свое пробивное напряжение после неоднократных срабатываний, гасить дугу провождающего тока при первом переходе его через нулевое значение. Этим требованиям удовлетворяют неоднократные искровые промежутки, которые собираются из единичных искровых промежутков с малыми воздушными зазорами. Единичные искровые промежутки врубаются поочередно и на любой из их при самом большом допустимом напряжении приходится около 2 кВ.

Деление дуги на недлинные дуги в единичных искровых промежутках увеличивает дугогасящие характеристики вентильного разрядника, что разъясняется насыщенным остыванием дуги и огромным падением напряжения у каждого электрода (эффект катодного падения напряжения).

Напряжение пробоя искровых промежутков вентильного разрядника при воздействии атмосферных перенапряжений определяются его вольт-секундной чертой, т. е. зависимостью времени разряда от амплитуды импульса перенапряжения. Время разряда — это время от начала воздействия импульса перенапряжения до пробоя искрового промежутка разрядника.

Для действенной защиты изоляции вольт-секундная черта ее должна лежать выше вольт-секундной свойства разрядника. Сдвиг вольт-секундных черт нужен для того, чтоб сохранить надежность защиты при случайном ослаблении изоляции в эксплуатации, также из-за наличия зон разброса разрядных напряжений как у самого разрядника, так и у защищаемой изоляции.

Вольт-секундная черта разрядника обязана иметь пологую форму. Если она будет крутой, как это показано на рис. 3 пунктиром, то это приведет к тому, что разрядник растеряет универсальность, потому что для каждого вида оборудования, владеющего персональной вольт-секундной чертой, будет нужно собственный особый разрядник.

Рис. 3. Вольт-секундные свойства вентильных разрядников и защищаемой ими изоляции.

Нелинейный поочередный резистор. К нему предъявляются два обратных требования: тогда, когда через него проходит ток молнии, его сопротивление должно уменьшаться; тогда же когда через него проходит провождающий ток промышленной частоты, оно должно, напротив, возрастать. Таким требованиям удовлетворяет карборундовое сопротивление, которое меняется зависимо от приложенного к нему напряжения: чем выше приложенное напряжение, тем ниже его сопротивление и, напротив, чем ниже приложенное напряжение, тем больше его сопротивление.

Не считая того, поочередно включенное карборундовое сопротивление, являясь активным сопротивлением, уменьшает сдвиг по фазе меж провождающим током и напряжением, а при одновременном переходе их через нулевое значение гашение дуги облегчается.

С увеличением напряжения величина сопротивления запорных слоев падает, что обеспечивает прохождение огромных токов при относительно маленьких падениях напряжения.

HTML clipboardЗависимость напряжения на разряднике от величины проходящего через него тока (вольт-амперная
черта) приближенно выражается уравнением:

U=СI^α,

где U — напряжение на сопротивлении нелинейного резистора вентильного разрядника, I — ток, проходящий через нелинейный резистор, С — неизменная, численно равная сопротивлению при токе 1 А, α — коэффициент вентильности.

Чем меньше коэффициент α, тем меньше меняется напряжение на нелинейном резисторе при изменении проходящего через него тока и тем меньше остающееся напряжение на вентильном разряднике.

Каждый импульс тока оставляет в поочередном резисторе след разрушения — происходит пробой запорного слоя отдельных зернышек карборунда. Неоднократное прохождение импульсов тока приводит к полному пробою резистора и разрушению разрядника. Полный пробой резистора наступает тем быстрее, чем больше амплитуда и длина импульса тока. Потому пропускная способность вентильного разрядника ограничена. При оценке пропускной возможности вентильных разрядников учитывается пропускная способность и поочередных резисторов и искровых промежутков.

Резисторы должны выдерживать без повреждения 20 импульсов тока продолжительностью 20/40 мкс с амплитудой, зависящей от типа разрядника. К примеру, для разрядников типов РВП и РВО напряжением 3 — 35 кВ амплитуда тока равна 5000 А, типа РВС напряжением 16 — 220 кВ — 10 000 А и типов РВМ и РВМГ напряжением 3 — 500 кВ — 10000 А.

Для увеличения защитных параметров вентильного разрядника необходимо снижать остающееся напряжение, чего можно достигнуть уменьшением коэффициента вентильности α поочередного нелинейного резистора при одновременном повышении дугогасящих параметров искровых промежутков.

Увеличение дугогасящих параметров искровых промежутков дает возможность прирастить провождающий ток, обрываемый ими, а как следует, позволяет уменьшить сопротивление поочередного резистора. Техническое усовершенствование вентильных разрядников в текущее время идет конкретно этими способами.

Необходимо подчеркнуть, что в схеме вентильного разрядника принципиальное значение имеет заземляющее устройство. При отсутствии заземления разрядник работать не может.

Заземления вентильного разрядника и защищаемого им оборудований соединяются воединыжды. В тех случаях, когда вентильный разрядник по любым причинам имеет отдельное от защищаемого оборудования заземление, величина его нормируется зависимо от уровня изоляции оборудования.