Принцип действия разрядников

Разрядник устанавливается параллельно изоляции защищаемого оборудования. При прохождении волны перенапряжения через точку подключения разрядника, при напряжении U_пр происходит пробой искрового промежутка разрядника с последующим резким падением напряжения (рис.10.2.а). При этом, опасных перенапряжений на изоляции оборудования не возникает, так как ВАХ разрядника располагается ниже ВАХ изоляции оборудования.

После пробоя искрового промежутка, действующее на изоляцию оборудования перенапряжение, определяется, в основном падением напряжения на нелинейном сопротивление разрядника, вследствие протекания через него импульсного тока. Это напряжение называется остающимся напряжением U_ост.

Трубчатые разрядники

Трубчатые разрядники (рис.10.2.б) представляют собой разновидность искровых промежутков, дополненных приспособлением для принудительного гашения дуги, которое выполнено в виде трубки из газогенерирующего материала 1 (винипласт или менее прочный фибробакелит).

В состав трубчатого разрядника входят: 1 - газогенерирующая трубка; 2- стержневой электрод; 3 - кольцевой электрод; S₁ – внешний искровой промежуток; S₂ – внутренний искровой промежуток.

При возникновении грозового перенапряжения оба промежутка S₁ и S₂ пробиваются и импульсный ток отводится в землю. После окончания импульса через разрядник продолжает проходить сопровождающий ток и, искровой разряд переходит в дуговой. Под действием высокой температуры канала дуги переменного тока в трубке происходит интенсивное выделение газа и давление сильно увеличивается. Газы устремляются к открытому концу трубки, создают продольное дутье, в результате чего дуга гасится при первом же прохождении тока через нулевое значение. Гашение дуги происходит в течение времени меньшего, чем время срабатывания релейной защиты. Разрядники, обеспечивающие не только защиту изоляции от перенапряжений, но и бесперебойное электроснабжение получили название защитных разрядников.

Величина внешнего искрового промежутка выбирается по условиям защиты изоляции и может регулироваться в определенных пределах. Величина внутреннего искрового промежутка устанавливается в соответствии с дугогасящими свойствами разрядника и регулированию не подлежит.

Основные недостатки трубчатых разрядников: нестабильные характеристики, наличие зоны выхлопа и крутая вольт-секундная характеристика. В результате трубчатые разрядники широко заменялись более совершенными устройствами ограничения перенапряжений - вентильными разрядниками.

Рис. 10.2. Разрядники

Длинно-искровые петлевые разрядники

Принцип работы длинно-искровых петлевых разрядников (РДИП) заключается в использовании эффекта скользящего разряда, который обеспечивает большую длину импульсного перекрытия по поверхности разрядника, и предотвращении за счет этого перехода импульсного перекрытия в силовую дугу тока промышленной частоты (рис.10.2.в).

При возникновении на проводе 1 воздушной линии электропередачи (ВЛ) индуктированного грозового импульса искровой воздушный промежуток S между проводом и металлической трубкой 2 разрядника пробивается.

Под воздействием приложенного импульсного напряжения вдоль поверхности изоляции петли 3 от металлической трубки к зажиму крепления разрядника 4 (по одному, или по обоим плечам петли) развивается скользящий разряд 5. Вследствие эффекта скользящего разряда вольт-секундная характеристика разрядника расположена ниже, чем вольт-секундная характеристика изолятора, т.е. при воздействии грозового перенапряжения разрядник перекрывается, а изолятор нет.

После прохождения импульсного тока молнии разряд гаснет, не переходя в силовую дугу, что предотвращает возникновение короткого замыкания, повреждение провода и отключение ВЛ.

Вентильные разрядники

Вентильные разрядники (РВ) являются другой разновидностью искровых промежутков, отличающихся слабой неоднородностью электрического поля и нелинейным резистором для гашения дуги (рис.10.2.г).

При воздействии на РВ импульса грозового перенапряжения пробивается многократный искровой промежуток 1, расположенный в кожухе 2, и через РВ проходит импульсный ток, который создает падение напряжения на нелинейном сопротивлении разрядника 3. Благодаря нелинейности ВАХ материала, из которого выполнено сопротивление РВ, падение напряжения мало меняется при существенном изменении импульсного тока. Одной из основных характеристик разрядника является остающееся напряжение разрядника т.е. напряжение при определенном токе, который называется током координации. После окончания процесса ограничения перенапряжения через разрядник продолжает проходить ток, определяемый рабочим напряжением промышленной частоты. Этот ток называется сопровождающим током. Сопротивление нелинейного резистора резко возрастает при малых по сравнению с перенапряжениями рабочих напряжениях, сопровождающий ток существенно ограничивается и при переходе токачерез нулевое значение дуга в искровом промежутке гаснет. Второй характеристикой РВ является напряжение гашения – это наибольшее напряжение промышленной частоты на РВ, при котором надежно обрывается проходящий через него ток.

Разрядники постоянного тока

Для защиты установок от перенапряжений постоянного тока могут быть применены вентильные разрядники. Однако гашение дуги постоянного тока значительно сложнее, чем переменного. Для использования околоэлектродного падения напряжения требуется очень большое число искровых промежутков, так как на каждой паре электродов напряжение не должно превышать 20—30 В. Для гашения дуги целесообразно использовать магнитное дутье с помощью постоянных магнитов.

На рис.10.2.д приведена конструкция искрового промежутка с вращающейся дугой и устройство разрядника постоянного тока типа РМВУ-3,3. Искровой промежуток с вращающейся дугой состоит из двух медных электродов (диска 1 и кольца 2), расположенных между кольцевыми постоянными магнитами 3. Пробой промежутка происходит в самом узком месте, а затем дуга под действием магнитного поля начинает вращаться, хорошо охлаждается и гаснет. Такой промежуток способен погасить ток до 250 А.

Рабочий резистор состоит из двух вилитовых дисков 1, соединенных с двумя искровыми промежутками 2, расположенных между постоянных магнитов 3. Надежное контактирование промежутков и дисков достигается с помощью пружины 4, одновременно являющейся токоподводящим элементом.