Разрядники. Назначение, конструкции, характеристики и выбор

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. 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.

Основным элементом разряд­ника является искровой промежуток. Вольт-секундная ха­рактеристика этого промежутка (кривая / на рис. 21.1) 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.

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.

Конструкция

Разрядник состоит из двух электродов и дугогасительного устройства. Электроды Один из электродов крепится на защищаемой цепи, второй электрод заземляется. Пространство между электродами называется искровым промежутком. При определенном значении напряжения между двумя электродами искровой промежуток пробивается, снимая тем самым перенапряжение с защищаемого участка цепи. Одно из основных требований, предъявляемых к разряднику — гарантированная электрическая прочность при промышленной частоте (разрядник не должен пробиваться в нормальном режиме работы сети). Дугогасительное устройство После пробоя импульсом искровой промежуток достаточно ионизирован, чтобы пробиться фазным напряжением нормального режима, в связи с чем возникает короткое замыкание и, как следствие, срабатывание устройств РЗиА, защищающих данный участок. Задача дугогасительного устройства — устранить это замыкание в наиболее короткие сроки до срабатывания устройств защиты.
На электрических принципиальных схемах разрядники обозначаются согласано ГОСТ 2.727—68
1. Общее обозначение разрядника
2. Разрядник трубчатый
3. Разрядник вентильный и магнитовентильный
4. ОПН

.72. Ограничители перенапряжений. Назначение, конструкции, характеристики и условия выбора.

На основе оксида цинка, имеющего резко выраженную нелинейность вольт-амперной характеристики, разработана серия нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) на номинальное напряжение ПО—500 кВ.

ОПН представляет собой нелинейный резистор с высо­ким коэффициентом нелиней­ности а=0,04. Он включается параллельно защищаемому объекту (между потенциаль­ным выводом и землей) без разрядных промежутков.

ОПН ограничивают коммутационные перенапряжения до уровня 1,8U_ф.

Из вольт-амперной характеристики ОПН-500 (рис. 21.7) видно, что при снижении перенапряжений с 2Uф до Uф ток, протекающий через резисторы, уменьшается в 10⁶ раз. Сопровождающий ток, протекающий после срабатыва­ния аппарата, невелик (миллиамперы), так же как и неве­лика мощность, выделяемая в резисторах. Это позволяет отказаться от последовательного включения нескольких искровых промежутков и дает возможность присоединять ОПН непосредственно к защищаемому оборудованию, что значительно повышает надежность работы.

Габаритные размеры и масса ОПН намного меньше, чем у обычных вентильных разрядников того же класса напря­жения.

Конструкция

Ограничители перенапряжений представляют собой разрядники без искровых промежутков, в которых активная часть состоит из металлооксидных нелинейных резисторов, изготавливаемых по керамической технологии из окиси цинка (ZnO) с малыми добавками окислов других металлов.

Резисторы впрессовываются в оболочку из полимерных материалов, которая обеспечивает заданную механическую прочность и изоляционные характеристики. Полимерный корпус обеспечивает надежную защиту от внешних воздействий на протяжении всего срока службы.

Высокая нелинейность варисторов определяет чрезмерно малую величину тока (менее 1 мА), протекающего через ОПН при наибольшем допустимом напряжении, что позволяет ОПН не ограничено долго находиться под рабочим напряжением сети. По этой причине отсутствует необходимость устройства в ОПН искровых промежутков. Уровень ограничения перенапряжений определяется только вольт амперной характеристикой ОПН. При возникновении в сети волн пернапряжений, ток через ОПН резко увеличивается (до 5-10кА) и снижает напряжение на защищаемом оборудовании. После воздействия грозового или коммутационного импульса ОПН возвращается в исходное состояние.

Эта конструкция отлично зарекомендовала себя во всех условиях эксплуатации, включая районы с высоким уровнем атмосферных загрязнений.