Принцип работы разрядника

Вентильные разрядники

Вентильные разрядники - фото 1 - изображение 1

Разрез разрядника РВС-10 (разрядник вилитовый станционный) показан на рисунке ниже:

Разрядник вентильный: основные характеристики, типы, принцип действия - фото 2 - изображение 2

Основными элементами данного разрядника являются искровые промежутки 2, вилитовые кольца 6, рабочие резисторы 4. Эти элементы располагаются внутри фарфорового кожуха 1, который имеет специальные фланцы с торцов 3. С помощью данных фланцев осуществляется присоединение и крепление разрядника.

Особое внимание уделено герметизации внутренней плоскости. При увлажнении рабочие резисторы 4 меняют свои характеристики. Влага, оседающая на деталях и стенках внутри вентильного разрядника, ухудшает его изоляцию, что создает возможность перекрытия.  Герметизация достигается посредством пластин 5, закрывающих торцы разрядника. Пластины привинчиваются к фланцам, а между пластинами ставятся резиновые прокладки 7.

Принцип работы разрядника заключается в следующем.

В случае появления перенапряжения пробивается искровой промежуток и через рабочие резисторы ток уходит на землю.

Рабочие резисторы ограничивают ток пробоя и создают условия, при которых электрическая дуга может быть погашена одним искровым промежутком (рисунок выше б)).

После пробоя искровых промежутков напряжение на разряднике будет равно:

Устройство и принцип работы модификаций - изображение 3 - изображение 3

Если сопротивление Rp разрядника линейное, то с увеличением тока пробоя будет увеличиваться напряжение на разряднике, причем оно может стать выше допустимого для электрооборудования. Чтобы избежать данного эффекта сопротивление берется нелинейным, причем, чем больше ток – тем меньше сопротивление. Зависимость между током и напряжением для данного случая можно выразить формулой:

Типы устройств - фото 4 - изображение 4

Где А – постоянная, характеризующая напряжение на резисторе при токе в 1А; α- показатель нелинейности. При α = 0 будет идеальный случай, когда падение напряжения не зависит от величины протекаемого тока.

Данный тип разрядников получил название вентильные, потому что при импульсных скачках тока их сопротивление падает, что дает возможность пропускать большие токи при относительно небольших падениях напряжения на рабочих резисторах.

В качестве нелинейного материала широкое распространение получил вилит. В области больших токов его степень нелинейности α достигает 0,13 – 0,20. Вольт-амперная характеристика разрядника с вилитовым резистором показана на рисунке ниже:

Коммутационные модели - фотография 5 - изображение 5

Зерна карборунда SiC с удельным сопротивлением примерно 10-2 Ом·м составляют основу вилита. На поверхности карборундовых зерен создается пленка из окиси кремния SiO2 толщиной 10-7 м. Сопротивление данной пленки зависит от напряжения, приложенного к ней. При небольших напряжениях удельное сопротивление составляет примерно 104 – 106  Ом·м. Сопротивление пленки резко уменьшается при увеличении приложенного напряжения, что и ограничивает величину падения напряжения. В этом случае сопротивление в основном определяется зернами карборунда.

Рабочие резисторы изготавливают в виде дисков высотой (20 — 60)·10-3 м и диаметром 0,1 – 0,15 м. Зерна карборунда объединяют в диск с помощью жидкого стекла, которое после обжига крепко схватывает зерна между собой.

Вилит очень гигроскопичен. Цилиндрические поверхности покрываются изолирующей смазкой для защиты от влаги.

Торцевые поверхности металлизируются.  Они являются контактами диска.

Обычно в разрядника устанавливается несколько дисков соединенных последовательно (на рисунке выше а) изображено 10 дисков).

Остающееся напряжение при наличии дисков будет увеличено:

Низковольтные разрядники - фото 6 - изображение 6

Число дисков n должно быть меньше для уменьшения остающегося напряжения.

В дисках выделяется тепло при прохождении электрического тока, из-за чего повышается их температура. В случае превышения допустимой температуры диски потеряют вентильные свойства и разрядники выйдут из строя. Не смотря на большой импульсной ток нагрев резисторов мал, так как длительность его протекания составляет всего несколько десятков микросекунд. Резистор успевает остыть после одиночного импульса. При протекании тока промышленной частоты длительность воздействия возрастает (1 полупериод 10 000 мкс). Именно поэтому при длительном протекании даже небольшого тока происходит разрушение разрядника.

При длительности протекания 40 мкс предельный ток диска диаметром 100 мм равен 10 кА. В случае импульса тока прямоугольной формы длительностью 2000 мкс, допустимый ток падает до 150 А. Такие токи без повреждения диск может пропустить 20 – 30 раз.

После прохождения импульсного тока через разрядник снова начинает протекать ток короткого замыкания промышленной частоты. Сопротивление вилита резко увеличивается по мере приближения тока к нулевому значению, что приводит к искажению формы кривой тока. Это значительно облегчает процесс гашения дуги, так как  подводимая в момент близости тока к нулю мощность уменьшится. Активное сопротивление разрядника приближает коэффициент мощности к единице и ограничивает ток, что ведет к уменьшению восстанавливающего напряжения промышленной частоты. Это позволяет гасить электрическую дугу без применения специальных дугогасительных устройств.

Устройство единичного искрового промежутка вентильного разрядника показано на рисунке выше б).

Равномерное электрическое поле обеспечивает форма электродов, что позволяет получить довольно пологую вольт-амперную характеристику. Расстояние между электродами составляет (0,5 – 1) 10-3 м.

Для облегчения ионизации принимаются надлежащие меры, ввиду ее возникновения из-за затруднения появления заряда в закрытом пространстве при малом времени импульса. Миканитовую прокладку помещают между электродами. Поскольку диэлектрическая проницаемость слюды значительно выше, чем воздуха, то на границе со слюдой, в воздухе, прилегающем к электродам, возникают высокие градиенты, которые и вызывают начальную ионизацию воздуха. К быстрому формированию разряда в центре основного воздушного промежутка  приводят образующиеся электроны.

Промежутки соединяют в блоки (рисунок выше б)). Как правило, разрядник имеет несколько таких блоков. Вольт-секундная характеристика последовательно соединенных единичных промежутков позволяет получить пологую защитную характеристику.

После прохода электрического тока через нуль около каждого катода электрическая прочность восстанавливается практически мгновенно. Если электрическая прочность больше восстанавливающегося напряжения – электрическая дуга гаснет. Особенно хорошо данный эффект проявляется при небольших токах (до 100 А), когда термоэлектронной эмиссией с электродов можно пренебречь. Экспериментальным путем было установлено, что единичный промежуток способен отключить сопровождающий ток с амплитудой в 80 – 100 А при действующем значении восстанавливающего напряжения порядка 1 – 1,5 кВ. Количество единичных промежутков выбирается исходя данного напряжения.

Количество дисков рабочего резистора выбирается исходя из значения максимального тока, которое не должно превышать 80 – 100 А. Гашение дуги при этом обеспечивается за один полупериод.

Для обеспечения равномерной нагрузки единичных промежутков при промышленной частоте напряжения, их снабжают специальными нелинейными шунтирующими резисторами (рисунок выше 6). Сопротивление данного резистора берется как можно больше, чтобы сохранить неравномерное распределение при высокой частоте (импульсах). Термическая стойкость дисков рассчитывается на пропускание сопровождающего тока в течении одного – двух полупериодов.

Внутренние перенапряжения могут длиться до 1 с и имеют низкочастотный характер. Из-за небольшой термической стойкости вилит не может использоваться для ограничения внутренних перенапряжений. Для ограничения внутренних перенапряжений может использоваться тервит, который обладает хорошей термической стойкостью. Тервит имеет коэффициент нелинейности α больше, чем у вилита, что приводит к значительному увеличению остающегося напряжения и делает данный материал непригодным для защиты от атмосферных перенапряжений. Поэтому для защиты от внешних и внутренних перенапряжений разрядник выполняется комбинированным. Защита от внутренних перенапряжений осуществляют тервитовыми дисками, а от внешних – вилитовыми.

Для предотвращения срабатывания вентильных разрядников от внутренних перенапряжений нижний предел напряжения срабатывания должен быть не менее чем в 2,7 раза меньше фазного напряжения промышленной частоты.

Работа вентильного разрядника протекает бесшумно. Для фиксации количества срабатываний между заземлением и нижним выводом разрядника устанавливается регистратор. Электромагнитный регистратор является наиболее надежным. Якорь электромагнитного регистратора при прохождении импульсного тока втягивается и воздействует на храповой механизм счетного устройства.

В другом виде регистратора при прохождении импульсного тока сгорает плавкая вставка, что и приводит к поворачиванию счетного механизма на одно деление.

Чтобы повысить защитные характеристики разрядников необходимо уменьшить остающееся напряжение, то есть число дисков. Но при этом произойдет увеличение сопровождающего тока.

Простые промежутки (рисунок б)) не способны отключать токи в 200 – 250 А. В таких случаях применяют камеры магнитного дутья. Магнитное поле создается постоянным магнитом. Возникающая в искровом промежутке дуга подвергается действию магнитного поля, которое «загоняет» ее в узкую щель, стенки которой выполняются из керамики. По такому принципу работают разрядники на напряжение до 500 кВ. Поднять термическую стойкость позволяет увеличение диаметров дисков до 150 мм. В большинстве случаев магнито-вентильные разрядники используются для ограничения внутренних перенапряжений.

Разрядник вентильный: основные характеристики, типы, принцип действия

Трубчатые модификации - фотография 7 - изображение 7

Разрядники вентильного типа применяются в электрических цепях. Данные устройства необходимы для того, чтобы предотвращать атмосферные перегрузки. Также вентильные разрядники и ограничители перенапряжений способны бороться с коммутационными помехами. Устанавливаются устройства в основном за изоляторами. К основным параметрам разрядников следует отнести класс напряжения и номинальную частоту.

Пробивная перегрузка в устройствах сильно отличается. Если рассматривать стационарные модификации, то учитывается номинальное напряжение. Стоит в среднем вентильный разрядник 15 тыс. руб.

Модели с удлиненной дугой - фото 8 - изображение 8

Устройство и принцип работы модификаций

Стандартный вентильный разрядник включает в себя резистор и блоки конденсаторов. Диски чаще всего устанавливаются в верхней части конструкции. Приводные блоки применяются низкоомного типа. Также стоит отметить, что существуют устройства со специальными замыкающими пластинами. По импульсной проводимости они довольно сильно отличаются. Многие модификации работают от модуля.

Принцип действия вентильного разрядника основан на преобразовании тока. В первую очередь напряжение подается на пластины. За магнитные помехи отвечает резистор. Конденсаторный блок пропускает через себя ток только в одном направлении. Весь процесс преобразования происходит в модуляторе. На выходе получается переменный ток с частотой не ниже 20 Гц.

Типы устройств

По конструкции выделяют коммутационные и низковольтные устройства. На подстанциях применяются трубчатые модификации. Коммутационные устройства выделяются высокой частотой. При этом номинальное напряжение модификаций располагается на уровне 300 В. Системы защиты применяются разных классов. Низковольтные устройства подходят для трансформаторов серии РК.

Показатель рабочей частоты находится на уровне 55 Гц. Трубчатые устройства используются в сетях с переменным током. Для трансформаторов серии РЕ подходят магнитные модификации. В отдельную категорию выделены стационарные устройства. Параметр номинального напряжения у них может доходить до 340 Вт.

Особенности стационарных разрядников - фото 9 - изображение 9

Коммутационные модели

Коммутационный разрядник замечательно походит для электростанций разной мощности. Диски в данном случае применяются высокой проводимости. Если верить специалистам, то чувствительность конденсаторных блоков доходит до 30 мВ. У многих моделей применяется диодный блок, который предотвращает перегорание модуля.

Непосредственно резисторы используются, как правило, волнового типа, подкладки устанавливаются небольшой высоты. Для трансформаторов серии РК указанные разрядники не подходят однозначно. Стоит качественная модификация в пределах 14.500 руб.

Параметры магнитных модификаций - фото 10 - изображение 10

Низковольтные разрядники

Низковольтный разрядник хорош тем, что не боится магнитных помех. Привод используется низкой частоты. При этом номинальное напряжение лежит в пределах 100 – 200 В. Многие модификации способны похвастаться высокой проводимостью и низким остаточным напряжением. Также стоит отметить, что устройства замечательно подходят для трансформаторов серии РК.

Система защиты у разрядников используется в основном класса МЕ40. Рабочая влажность находится в районе 90%. Атмосферные перегрузки в данном случае электронной цепи не страшны. Для трансформаторов серии КЕ разрядники не подходят. Конденсаторные блоки здесь применяются невысокой мощности. Купить качественный разрядник пользователь может по цене от 8 тыс. руб.

Трубчатые модификации

Трубчатые и вентильные разрядники между собой схожи. На подстанциях они встречаются довольно часто. Основная особенность трубчатой модификации кроется в низкой проводной способности. Также стоит отметить, что рабочая частота лежит в пределах 40-50 Гц. Многие модификации подходят для трансформаторов серии КЕ. Системы защиты используются разных классов.

Пробивное напряжение, как правило, не превышает 500 В. Рабочая влажность разрядника составляет не более 80%. Атмосферных перегрузок они не боится, корпус защищен отлично. Насадки под устройства применяются в основном комбинированного типа. Накладки в данном случае используются довольно редко. Диски устанавливаются на небольшом расстоянии друг от друга.

Модификации с двумя конденсаторными коробками встречаются очень редко. Емкость у них в среднем составляет 500 мк. Довольно часто номинальное напряжение не превышает 450 Вт. Системы защиты КР используются редко. Резисторы дипольного типа для модификаций точно не подходят. Цена на хороший разрядник колеблется в пределах 14 – 20 тыс. руб.

Модели с удлиненной дугой

Разрядник вентильный с удлиненной дугой разрешается использовать только в цепи переменного тока. Многие эксперты говорят о том, что модификации обладают хорошей выходной проводимостью. При этом проблемы с отрицательной полярностью возникают нечасто. Системы защиты в основном используются класса РК40. Рабочая влажность разрядников находится в районе 90%. Атмосферные перегрузки данным устройствам не страшны.

Для трансформаторов серии РА данные модификации не подходят. Если говорить про параметры, то важно отметить, что номинальное напряжение у них не сильно высокое. При этом частота максимум составляет 66 Гц. Блоки защемления применяются разной проводимости. Диски в основном устанавливаются в верхней части конструкции. Объем конденсаторного блока колеблется в районе 50 пФ. Приобрести качественный разрядник в специализированном магазине электроники можно всего за 15 тыс. руб.

Особенности устройств серии РВО 12 - изображение 11 - изображение 11

Особенности стационарных разрядников

Стационарные разрядники можно применять на трансформаторах серии КЕ. Системы защиты у моделей используются разных классов. Если верить мнению экспертов, то проводимость у них в среднем равняется 120 мк. Довольно часто устройства производятся с дисками на подкладках. Многие модели могут похвастаться высокой чувствительностью. Также стоит отметить, что конденсаторные блоки применяются с преобразователями и без них. Показатель емкости максимум равняется 50 пФ.

Для работы в сети с переменным током разрядники стационарного типа подходят замечательно, атмосферные перегрузки им не страшны. Резисторы, как правило, применяются дипольного типа. При этом класс напряжения зависит от модулятора. Некоторые модификации разрешается применять на трансформаторах серии РК40. Конденсаторные коробки используются невысокой мощности, однако имеется фильтр для магнитных помех. Приобрести неплохой разрядник пользователь способен по цене от 30 тыс. руб.

Параметры магнитных модификаций

Магнитный разрядник вентильный производится с одним или несколькими переходниками. Показатель номинального напряжения составляет около 500 В. Устройства без фильтров встречаются очень редко. Индикаторы применяются только дипольного типа. При этом конденсаторные коробки устанавливаются разных размеров. Очень часто магнитные разрядники эксплуатируются на низковольтных трансформаторах. Рабочая частота в данном случае поддерживается на отметке 50 Гц. Для работы в цепи постоянного тока устройства не подходят.

Параметр пробивного напряжения не сильно высокий. Испытание вентильных разрядников осуществляется при помощи проводных тестеров. Рабочая влажность модификаций располагается на уровне 60%. Довольно часто устройства устанавливаются на проходные изоляторы. Пластины у них крепятся как в верхней, так и нижней части. Приобрести неплохой разрядник пользователь может по цене от 15 тыс. руб.

Особенности устройств серии РВО 12

Разрядник вентильный данной серии применяется на трансформаторных подстанциях для предотвращения атмосферных перегрузок. Показатель номинально напряжения у него равняется 300 В. Если верить экспертам, то проблемы с отрицательной модуляцией устройству не страшны, дипольный фильтр у этой модификации имеется. Если говорить про конструктивные особенности, специалисты отмечают низкое расположение дисков. Центральные переходники располагаются возле модулятора. Конденсаторная коробка работает при частоте 30 Гц. При этом емкость ее равняется 5 пФ. Пробивное напряжение устройства составляет 500 В.

Система защиты применяется класса РК50. Если верить мнению экспертов, то для высоковольтных трансформаторов устройство не подходит. Коммутационные помехи этой модели не страшны. Однако важно отметить, что центральный проводник в некоторых случаях перегорает. При этом рабочая влажность разрядника располагается на уровне 30%. Купить модель данной серии пользователь можно от 20 тыс. руб.

Характеристики разрядников РВО 10 - фото 12 - изображение 12

Характеристики разрядников РВО 10

Разрядник вентильный РВО 10 интересен тем, что у него имеется два модулятора. Частота в данном случае контролируется за счет модуля. Процесс преобразования у разрядника много времени не отнимает. Большинство экспертов утверждают, что данный аппарат замечательно подходит для трансформаторов серии РК. При этом система защиты применяется высокого качества, а рабочая влажность находится на уровне 60%. Купить разрядник вентильный РВО 10 пользователь может по цене от 18 тыс. руб.

Отличие устройств серии РВС 35

Разрядник вентильный РВС работает в цепи постоянного тока. Подходит модификация только для трансформаторов серии РЕ. Проводимость на дисках довольно высокая. Также специалисты говорят о том, что процесс преобразования тока не занимает много времени.

Конденсаторный блок применяется высокой емкости. Чувствительность модуля располагается на отметке 50 мВ. Для трансформаторов серии КЕ50 модификация не подходит. Рабочая влажность разрядника располагается на отметке 60%. Приобрести эту модификацию пользователь способен по цене от 22 тыс. руб.

Отличие устройств серии РВС 35 - фотография 13 - изображение 13

Особенности устройств серии РВО 40

Разрядник вентильный представленной серии имеет массу преимуществ. В первую очередь стоит отметить, что у него поддерживается проводимость на уровне 50 мк. Для трубчатых модификаций это довольно много. Также эксперты утверждают, что устройства разрешается эксплуатировать в сетях переменного тока. Для трансформаторов серии РК они подходят замечательно. Пороговая проводимость у разрядников представленной серии поддерживается на отметке 55 мк.

Номинальное напряжение при этом не превышает 400 В. Для трансформаторов серии КЕ устройства не подходят. Конденсаторный блок используется большой емкости. При этом применяется система защиты класса АК 50. Пробивное напряжение модификации располагается на уровне 430 В. Система защиты от волновых помех у модификации не предусмотрена. Рабочая влажность разрядника составляет 50%. Приобрести модель пользователь может за 18 тыс. руб.

Особенности устройств серии РВО 40 - фотография 14 - изображение 14

Характеристики разрядников ОПН 10

Вентильный разрядник ОПН используется на трансформаторах серии РК. Изоляторы под него подходят только небольшой ширины. Если верить мнению экспертов, то проводимость у разрядника данной серии довольно высокая. Номинальное напряжение находится на уровне 450 В. В это время коммутационная проходимость располагается на уровне 40 мк. Система защиты у модификации используется класса РЕ. В сети с переменным током конденсаторный блок перегревается очень редко.

Для работы с трансформатором МО модификации применяются нечасто. Емкость конденсаторного блока составляет ровно 50 пФ. Отдельного внимания в устройстве заслуживает линейный проводник, который борется с импульсными помехами. Отрицательная модуляция для него не страшна. Отдельно нужно отметить, что рабочая влажность разрядника составляет 80%. Купить его пользователь может за 20 тыс. руб.

ИСКРОВО́Й РАЗРЯ́ДНИК

Характеристики разрядников ОПН 10 - изображение 15 - изображение 15

ИСКРОВО́Й РАЗРЯ́ДНИК, без­на­каль­ный га­зо­раз­ряд­ный при­бор, рез­ко из­ме­няю­щий свою элек­тро­про­вод­ность при воз­ник­но­ве­нии элек­трич. раз­ря­да (ис­кры) ме­ж­ду элек­тро­да­ми под дей­ст­ви­ем при­ло­жен­но­го элек­трич. на­пря­же­ния. Кон­ст­рук­тив­но пред­став­ля­ет со­бой на­пол­нен­ный га­зом (при дав­ле­нии до 105 Па) стек­лян­ный или ме­тал­ло­ке­ра­мич. бал­лон, в ко­то­ром рас­по­ло­же­ны два элек­тро­да или бо­лее. Для на­пол­не­ния И. р. ис­поль­зу­ют­ся инерт­ные га­зы (или их сме­си), во­до­род, азот, ки­сло­род, воз­дух, па­ры во­ды. Макс. си­ла то­ка в И. р. мо­жет дос­ти­гать нес­коль­ких со­тен кА (в им­пуль­се). В за­ви­си­мо­сти от па­ра­мет­ров раз­ряд­ной це­пи и мощ­но­сти ис­точ­ни­ка на­пря­же­ния в И. р. по­сле про­боя ус­та­нав­ли­ва­ет­ся ду­го­вой или (ре­же) тлею­щий раз­ряд.

ИСКРОВО́Й РАЗРЯ́ДНИК - фотография 16 - изображение 16

Управляемый искровой разрядник: УЭ – управляющий электрод.

Раз­ли­ча­ют управ­ляе­мые (рис.) и не­управ­ляе­мые И. р. В управ­ляе­мых И. р. элек­трич. про­бой воз­ни­ка­ет в оп­ре­де­лён­ном диа­па­зо­не анод­ных на­пря­же­ний при по­да­че им­пульс­но­го на­пря­же­ния на уп­рав­ляю­щий элек­трод, в не­управ­ляе­мых– зна­че­ние на­пря­же­ния про­боя за­ви­сит от кон­ст­рук­ции при­бо­ра. К по­след­ним от­но­сят­ся так­же т. н. раз­ряд­ни­ки-обо­ст­ри­те­ли, пред­став­ляю­щие со­бой уст­рой­ст­ва, фор­ми­рую­щие вы­со­ко­вольт­ные им­пуль­сы (до 550 кВ) с пе­ред­ним фрон­том дли­тель­но­стью до не­сколь­ких на­но­се­кунд. Важ­ные дос­то­ин­ст­ва И. р. (по срав­не­нию с др. раз­ряд­ни­ка­ми) – от­сут­ст­вие на­ка­ла, мгно­вен­ная го­тов­ность к ра­бо­те, вы­со­кий кпд при зна­чит. уров­нях ком­му­ти­руе­мой энер­гии, боль­шие ра­бо­чие на­пря­же­ния и то­ки ком­му­та­ции, ус­той­чи­вость к ра­диа­ции, вы­со­кая на­дёж­ность. И. р. при­ме­ня­ют­ся для за­щи­ты ап­па­ра­ту­ры вы­со­ко­вольт­ных ЛЭП, ли­ний свя­зи, обо­ру­до­ва­ния АТС, ком­пь­ю­те­ров, ау­дио- и ви­део­ап­па­ра­ту­ры и др. ра­дио­элек­трон­ных и элек­тро­тех­нич. при­бо­ров и уст­ройств от пе­ре­на­пря­же­ний и рез­ких скач­ков то­ка в элек­трич. це­пях (за­щит­ные И. р.), а так­же для пе­ре­клю­че­ния ВЧ и вы­со­ко­вольт­ных элек­трич. це­пей в уст­рой­ст­вах ра­дио­ло­ка­ции, ав­то­ма­ти­ки, ядер­ной и экс­пе­рим. фи­зи­ки, из­ме­рит. и авиац. тех­ни­ки и др. (ком­му­та­ци­он­ные И. р.).

Устройство и принцип действия разрядников

Устройство и принцип действия разрядников - изображение 17 - изображение 17

5

Устройство и принцип действия разрядников

Содержание

1.Общие сведения

2.Трубчатые разрядники

3.Вентильные разрядники

4.Разрядники постоянного тока

5.Ограничители перенапряжений

6.Длинно-искровые разрядники

1.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

перенапряжение разрядник электрическая установка

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.

2.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 выбираются по специальным таблицам.

3.Вентильные разрядники

Рис. 4. Вентильный разрядник (а) и его искровые промежутки в увеличенном масштабе (б)

Разрядник типа PBC-1O (разрядник вилитовый станционный на 10 кВ) показан на рис.4,а. Основными элементами являются вилитовые кольца 1, искровые промежутки 2 и рабочие резисторы 3. Эти элементы расположены внутри фарфорового кожуха 4, который с торцов имеет специальные фланцы 5 для крепления и присоединения разрядника. Рабочие резисторы 3 изменяют свои характеристики при наличии влаги. Кроме того, влага, оседая на стенках и деталях внутри разрядника, ухудшает его изоляцию и создает возможность перекрытия. Для исключения проникновения влаги кожух разрядника герметизируется по торцам с помощью пластин 6 и уплотнительных резиновых прокладок 7.

Работа разрядника происходит в следующем порядке. При появлении перенапряжения пробиваются три последовательно включенных блока искровых промежутков 2 (рис.4,б). Импульс тока при этом через рабочие резисторы замыкается на землю. Возникший сопровождающий ток ограничивается рабочими резисторами, которые создают условия для гашения дуги сопровождающего тока.

После пробоя искровых промежутков напряжение на разряднике

Если сопротивление разрядника Rр определяемое рабочими резисторами, линейное, то напряжение на разряднике растет пропорционально току и может стать выше допустимого для защищаемого оборудования. Для ограничения напряжения Uр сопротивление Rр выполняется нелинейным и с ростом тока уменьшается. Зависимость между напряжением и током в этом случае выражается как

где А -постоянная, характеризующая напряжение на сопротивлении Rp при токе 1 А; б -показатель нелинейности. Случай, когда б=0, является идеальным, так как напряжение Up не зависит от тока.

Описанные разрядники получили название вентильных, потому что при импульсных токах их сопротивление резко падает, что дает возможность пропустить большой ток при относительно небольшом падении напряжения.

Рис.5. Вольт-амперная характеристика вилитового резистора

В качестве материала нелинейных резисторов широко применяется вилит. В области больших токов его показатель нелинейности б=0,13-0,2. Типичная вольт-амперная характеристика вилитового резистора приведена на рис.5,а. При небольших токах сопротивление Rp велико и напряжение линейно растет с ростом тока (область А). При больших токах сопротивление резко уменьшается и напряжение Uр почти не растет (область В).

Основу вилита составляют зерна карборунда SiC с удельным сопротивлением около 10-2 Ом·м. На поверхности карборундовых зерен создается пленка оксида кремния SiO2 толщиной 10-7 м, сопротивление которой зависит от приложенного к ней напряжения. При небольших напряжениях удельное сопротивление пленки составляет 104-106 Ом·м. При увеличении приложенного напряжения сопротивление пленки резко уменьшается, сопротивление определяется в основном зернами карборунда и падение напряжения ограничивается..

Рабочие резисторы изготавливаются в виде дисков диаметром 0,1-0,15 м и высотой (20-60)·10-3 м. С помощью жидкого стекла зерна карборунда прочно связываются между собой.

Вилит очень гигроскопичен. Для защиты от влаги цилиндрическая поверхность дисков покрывается изолирующей обмазкой. Торцевые поверхности являются контактными и металлизируются.

Обычно несколько рабочих резисторов в виде дисков соединяются последовательно (на рис.3,а изображено 10 дисков). При наличии n дисков остающееся напряжение

Для уменьшения остающегося напряжения число дисков n должно быть как можно меньше.

При прохождении тока температура дисков повышается. При протекании импульса тока большой амплитуды, но малой длительности (десятки микросекунд) резисторы не успевают нагреваться до высокой температуры. При длительном протекании даже небольших токов промышленной частоты (один полупериод равен 10 мс) температура может превысить допустимое значение, диски теряют свои вентильные свойства, и разрядник выходит из строя.

Предельно допустимая амплитуда импульса тока для диска диаметром 100 мм равна 10 кА при длительности импульса 40 мкс. Допустимая амплитуда прямоугольного импульса с длительностью 2000 мкс не превышает 150 А. Такие токи диск без повреждения пропускает 20-30 раз.

После прохождения импульсного тока через разрядник начинает протекать сопровождающий ток, представляющий собой ток промышленной частоты. По мере приближения тока к нулевому значению сопротивление вилита резко увеличивается, что ведет к искажению синусоидальной формы тока. Увеличение сопротивления цепи ведет к уменьшению тока и угла сдвига фаз ц между током и напряжением (ц->0). На рис.5,б показаны кривые токов в рабочем резисторе. Здесь 1 -напряжение источника 50 Гц; 2 -кривая тока цепи, определяемого индуктивным сопротивлением Х; 3 -кривая тока, определяемого рабочим резистором (Rр>>X). Из-за нелинейности резистора Rp уменьшается возвращающееся напряжение (напряжение промышленной частоты). Уменьшение скорости подхода тока к нулю уменьшает мощность дуги в области нулевого значения тока. Все это облегчает процесс гашения дуги, горящей между электродами разрядного промежутка. Благодаря применению латунных электродов в искровых промежутках после прохода тока через нуль около каждого катода образуется промежуток, электрическая прочность которого 1,5 кВ. Это обеспечивает гашение сопровождающего тока при первом прохождении тока через нуль и позволяет погасить дугу в искровых промежутках без применения специальных дугогасительных устройств.

Устройство искрового промежутка вентильного разрядника ясно из рис.4,б. Форма электродов обеспечивает равномерное электрическое поле, что позволяет получить пологую вольт-секундную характеристику. Расстояние между электродами принимается (0,5-1)·10-3 м.

Возникновение заряда в закрытом объеме разрядника при малой длительности импульса тока затруднено. Для облегчения ионизации искрового промежутка между электродами помещается миканитовая прокладка. Так как диэлектрическая проницаемость воздуха значительно меньше, чем у входящей в состав миканита слюды, то в приэлектродном объеме воздуха возникают высокие градиенты электрического поля, вызывающие его начальную ионизацию. Образующиеся электроны приводят к быстрому формированию разряда в центре искрового промежутка.

Искровые промежутки последовательно соединяются, образуя блок (см. рис.4,б). Обычно разрядник имеет несколько таких блоков. Результирующая вольт-секундная характеристика последовательно соединенных промежутков достаточно пологая.

Экспериментально установлено, что одиночный искровой промежуток способен отключить сопровождающий ток с амплитудой 80--100 А при действующем значении напряжения 1--1,5 кВ. Число единичных промежутков выбирается исходя из этого напряжения. Количество дисков рабочего резистора должно быть таким, чтобы максимальное значение тока не превысило 80--100 А. При этом гашение дуги обеспечивается за один по л у пери од.

Для обеспечения равномерной нагрузки при промышленной частоте промежутки шунтируются нелинейными резисторами 1 (рис.4). Термическая стойкость дисков рассчитана на пропускание сопровождающего тока в течение одного-двух полупериодов.

Внутренние перенапряжения имеют низкочастотный характер и могут длиться до 1 с. Вследствие малой термической стойкости вилит не может быть использован для ограничения внутренних перенапряжений. Для ограничения внутренних перенапряжений используется аналогичный вилиту материал тервит, обладающий большой термической стойкостью и повышенным показателем нелинейности б=0,15- 0,29.

Рис.6. Комбинированный разрядник с тервитовыми резисторами

Тервитовые диски используются в комбинированных разрядниках (рис.6,а), предназначенных для защиты как от внутренних (коммутационных), так и от внешних (атмосферных) перенапряжений. При внутренних перенапряжениях работают оба нелинейных резистора НР1 и НР2 (кривая 1 иа рис.6,б). При атмосферных перенапряжениях из-за большого тока напряжение на НР2 пробивает промежуток ИП2 и напряжение на защищаемой линии снижается (кривая 2).

Вентильные разрядники работают бесшумно. Число срабатываний фиксируется специальным регистратором, который включается между нижним выводом разрядника и заземлением. Наиболее надежны электромагнитные регистраторы, якорь которых при прохождении импульсного тока воздействует на храповой механизм счетного устройства.

С помощью искровых промежутков, показанных на рис. 4,б невозможно отключение токов 200--250 А. В этом случае для гашения дуги применяются камеры магнитного дутья с постоянным магнитом. Дуга, возникающая в искровом промежутке, под воздействием магнитного поля загоняется в узкую щель с керамическими станками. На этом принципе созданы разрядники на напряжение до 500 кВ. Увеличение диаметра дисков до 150 мм позволяет поднять их термическую стойкость. В результате комбинированные магнитно-вентильные разрядники позволяют ограничивать как внутренние, так и атмосферные перенапряжения.

Основные характеристики вентильного разрядника:

1.Напряжение гашения Uгаш - наибольшее приложенное к разряднику напряжение промышленной частоты, при котором надежно обрывается сопровождающий ток. Это напряжение определяется свойствами разрядника. Напряжение промышленной частоты, прикладываемое к разряднику, зависит от параметров схемы. Если при КЗ на землю одной фазы на свободных фазах появляется перенапряжение, то напряжение гашения, прикладываемое к разряднику, определяется уравнением

где Кз - коэффициент, зависящий от способа заземления нейтрали; Uном - номинальное линейное напряжение сети. Для установок с заземленной нейтралью Кз=0,8, для изолированной нейтрали Кз = l,l.

2.Ток гашения Iгаш, под которым понимается сопровождающий ток, соответствующий напряжению гашения Uгаш.

3.Дугогасящее действие искрового промежутка характеризуется коэффициентом

где Uпр - напряжение пробоя частотой 50 Гц искрового промежутка.

4. Защитное действие нелинейного резистора характеризуется коэффициентом защиты

где Uост - напряжение на разряднике при импульсном токе 5--14 кА. Это напряжение должно быть на 20--25 % ниже разрядного напряжения защищаемой изоляции.

4.Разрядники постоянного тока

Рис.7. Разрядник 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. Возникающая при этом электродинамическая сила с большой скоростью перемещает дугу в узкой щели из дугостойкого изоляционного материала. В результате интенсивного охлаждения дуги ее сопротивление увеличивается и ток прекращается.

Вентильный разрядник для сети с напряжением 3 кВ постоянного тока показан на рис.7. Рабочий резистор 1 состоит из двух вилитовых дисков, соединенных с двумя искровыми промежутками 2 с магнитным гашением дуги. Надежное контактирование промежутков и дисков достигается с помощью пружины 3, одновременно являющейся токоподводящим элементом. Основные элементы разрядника располагаются в фарфоровом кожухе 6, который закрыт снизу крышкой 7. Герметизация разрядника осуществляется крышкой 4 с резиновым уплотнением 5.

5.Ограничители перенапряжений

На основе оксида цинка, имеющего резко выраженную нелинейность вольт-амперной характеристики, разработана серия нелинейных ограничителей перенапряжений (ОПН) на номинальное напряжение 110--500 кВ.

ОПН представляет собой нелинейный резистор с высоким коэффициентом нелинейности б=0,04 (против 0,1 --0,2 для вилита). Он включается параллельно защищаемому объекту (между потенциальным выводом и землей) без разрядных промежутков. Благодаря высокой нелинейности при номинальном фазном напряжении через ОПН протекает ничтожный ток 1 мА. При увеличении напряжения сопротивление ОПН резко уменьшается, ток, протекающий через него, растет. При напряжении 2,2Uф через ОПН протекает ток 104 А. После прохождения импульса напряжения ток в цепи ОПН определяется фазным напряжением сети.

Рис.8. Вольт-амперная характеристика ограничителя ОПН-500

ОПН ограничивают коммутационные перенапряжения до уровня 1,8Uф и атмосферные перенапряжения до (2-2,4)Uф. Из вольт-амперной характеристики ОПН-500 (рис.8) 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.

Высокая нелинейность резисторов ОПН (для области больших токов б?0,04) позволяет значительно снизить перенапряжения и уменьшить габариты оборудования, особенно при напряжении 750 и 1150 кВ.Габаритные размеры и масса ОПН намного меньше, чем у обычных вентильных разрядников того же класса напряжения.

6.Длинно-искровые разрядники

Авторы идеи РДИ Подпоркин Георгий Викторович, доктор технических наук, профессор Политехнического Университета Санкт -- Петербурга, Senior Member IEEE, и Сиваев Александр Дмитриевич, кандидат технических наук, начали первые эксперименты по разработке длинно -- искровых разрядников ещё в 1989 году, а в 1992 было получено авторское свидетельство.

Рис.9. Схема длинно-искрового разрядника

Принцип работы разрядника основан на 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. Разрядный элемент РДИ, вдоль которого развивается скользящий разряд, имеет длину, в несколько раз превышающую длину защищаемого изолятора линии. Конструкция разрядника обеспечивает его более низкую импульсную электрическую прочность по сравнению с защищаемой изоляцией. Главной особенностью длинно-искрового разрядника является то, что вследствие большой длины импульсного грозового перекрытии вероятность установления дуги короткого замыкания сводится к нулю.

Существуют различные модификации РДИ, отличающиеся назначением и особенностями ВЛ, на которых они применяются.

Основное преимущество РДИ: разряд развивается вдоль аппарата по воздуху, а не внутри его. Это позволяет значительно увеличить срок эксплуатации изделий и повышает их надежность.

Разрядник длинно-искровой петлевого типа (РДИП)

РДИП-10 предназначен для защиты воздушных линий электропередачи напряжением 6-10 кВ трехфазного переменного тока с защищёнными и неизолированными проводами от индуктированных грозовых перенапряжений и их последствий и рассчитан для работы на открытом воздухе при температуре окружающего воздуха от минус 60 °C до плюс 50 °C в течение 30-и лет.

Разрядник длинно-искровой модульный (РДИМ)

РДИМ предназначен для защиты от прямых ударов молнии и индуктированных грозовых перенапряжений воздушных линий электропередачи (ВЛ) и подходов к подстанциям напряжением 6, 10 кВ трехфазного переменного тока с неизолированными и защищенными проводами.

РДИМ обладает наилучшими вольт-секундными характеристиками, именно поэтому его целесообразно применять для защиты участков линии, подверженных прямым ударам молнии, а также для защиты подходов к подстанциям ВЛ.

РДИМ состоит из двух отрезков кабеля с корделем, выполненным из резистивного материала. Отрезки кабеля сложены между собой так, что образуются три разрядных модуля 1, 2, 3.

Принцип действия разрядников

Принцип действия разрядников - изображение 18 - изображение 18

Разрядник устанавливается параллельно изоляции защищаемого оборудования. При прохождении волны перенапряжения через точку подключения разрядника, при напряжении Uпр 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 Uост.

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.

Искровые промежутки и роговые разрядники - фотография 19 - изображение 19

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.

Искровые промежутки и роговые разрядники

Принцип действия и основные характеристики вентильных разрядников - фотография 20 - изображение 20

Искровой промежуток (ИП) устанавливается параллельно изоляции ЭУ (ИЭУ) (рис.45). При набегании импульса перенапряжения (Uп), происходит пробой искрового промежутка (ИП) с последующим резким падением напряжения. При этом, опасных перенапряжений на изоляции ЭУ не возникает, так как ВСХ ИП (кривая 2) располагается ниже ВСХ изоляции ЭУ (кривая 1).

 
 

Вентильные разрядники - изображение 21 - изображение 21

Рис. 45. Принцип работы искрового промежутка

Искровые промежутки являются самым простым и дешевым устройством защиты от перенапряжений, в настоящее время применяется редко. В сетях напряжением 3..35 кВ могут выполняться в виде рогов, способствующих растягиванию и гашению дуги из-за электродинамических сил и тепловых потоков. В сетях до 35 кВ длина защитного промежутка мала, и для предотвращения замыкания промежутка птицами в заземляющих спусках создаются дополнительные искровые промежутки.

Роговые разрядники выполняются либо с одним искровым промежутком, либо с двумя искровыми промежутками (рис. 46).

 
 

Грозозащита. Устройство и принцип действия разрядников - изображение 22 - изображение 22

Рис. 46. Роговые разрядники, применяемые на контактной сети

Способность гашения дуги роговым разрядником сильно зависит от скорости и направления ветра. При определенных условиях дуга не успевает погаснуть за время меньшее время срабатывания релейной защиты, происходит аварийное отключение ЭУ.

Для роговых разрядников характерны недостатки чисто искровых промежутков.

Трубчатые разрядники (рис. 47) 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).

 
 

Принцип работы разрядника - фото 23 - изображение 23

Рис. 47. Устройство трубчатого разрядника : 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.

Вентильные разрядники являются другой разновидностью искровых промежутков, отличающихся слабой неоднородностью электрического поля и нелинейным резистором для гашения дуги.

 
 

Принцип работы разрядника - фотография 24 - изображение 24

Защитная функция вентильным разрядником выполняется так же, как и простым искровым промежутком, но в связи с однородностью электрического поля вольт-секундная характеристика разрядника (рис. 48 прямая 2) существенно лучше, чем у трубчатого, и меньше статистический разброс пробивных напряжений.

Рис. 48. Принцип работы вентильного разрядника

При воздействии на вентильный разрядник волны перенапряжения (Uп), превышающей его пробивное напряжение (Uпр), происходит пробой его искрового промежутка (ИП) и нелинейное сопротивление (Rр) присоединяется к сети. После пробоя искрового промежутка действующее на изоляцию ЭУ перенапряжение определяется в основном падением напряжения на нелинейном сопротивление (Uимп), вследствие протекания через него импульсного тока (Iимп). Причем ВАХ нелинейного сопротивления такова, что сильному изменению тока соответствует слабое изменение напряжения. Максимальное значение Uимп называется остающимся напряжением (Uост). Это напряжение ≈ Uпр с некоторым запасом (~ 30%) должно быть меньше допустимого для защищаемой изоляции.

После импульсного пробоя загорается дуга и через разрядник протекает ток поддерживаемый рабочим напряжением (Uр). Этот ток называется сопровождающим. Он ограничивается нелинейным сопротивлением (до нескольких десятков ампер), величина которого резко возрастает при снижение напряжения на разряднике с Uимп до Uр. При прохождении тока через нуль дуга гаснет, и разрядник приходит в исходное положение. Таким образом, искровые промежутки вентильных разрядников при отсутствии перенапряжений отделяют нелинейные сопротивления от сети и подключают их в момент появления опасных для изоляции перенапряжений.

Импульсный ток (от 5 до 10 кА, в зависимости от типа разрядника и номинального напряжения ЭУ), при остающимся напряжение, называется током координации (Iкоорд).

Искровые промежутки вентильных разрядников, по возможности, должны иметь вольт-секундную характеристику близкую к горизонтальной. Получить такую характеристику возможно с помощью многократных искровых промежутков или с помощью активизации единичных промежутков.

 
 

Принцип работы разрядника - изображение 25 - изображение 25

Многократный искровой промежуток состоит из большого числа последовательно включенных единичных промежутков состоящих из двух латунных электродов, разделенных миканитовой шайбой (рис. 49).

Рис. 49. Единичный искровой промежуток с неподвижной дугой

Активизации единичных промежутков подразумевает вращение или растягивание дуги под действием магнитного поля.

Нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН)

Основным недостатком вентильного разрядника является сравнительно невысокая нелинейность резисторов на основе карбида кремния, что не позволяет обеспечить уровень перенапряжений ниже 2Uф. Более глубокое их снижение требует уменьшения значения нелинейного сопротивления, что приводит к существенному увеличению сопровождающих токов, которые не могут быть погашены в искровых промежутках.

Значительное улучшение защитных характеристик разрядников может быть достигнуто при отказе от использования искровых промежутков. Это оказывается возможным при переходе к резисторам на основе окиси цинка.

При рабочем напряжении сопротивление ОПН очень велико и ток через него составляет доли миллиампера, а при токах соответствующих атмосферным и коммутационным перенапряжениям сопротивление резко снижается и остающиеся напряжение не превышает допустимых значений.

Вопросы для самопроверки:

· Токоограничивающие реакторы.

· Принцип работы искрового промежутка.

· Роговые разрядники.

· Трубчатые разрядники.

· Вентильные разрядники.

· Нелинейные ограничители перенапряжений.

Принцип действия и основные характеристики вентильных разрядников

Принцип работы разрядника - изображение 26 - изображение 26

Oсновными элементами вентильного разрядника являются многократный искровой промежутокР, нелинейные сопротивления г и система высокоомных сопротивлений R, шунтирующих искровые промежутки Р (рис. 2).

Принцип работы разрядника - фотография 27 - изображение 27

Принцип работы разрядника - фото 28 - изображение 28

При воздействии на разрядник импульса грозового перенапряжения пробивается искровой промежуток и через разрядник проходит импульсный ток, создающий падение напряжения на сопротивлении разрядника. Благодаря нелинейной вольт-амперной характеристике материала, из которого выполнено сопротивление, это напряжение мало меняется при изменении импульсного тока и незначительно отличается от импульсного пробивного напряжения искрового промежутка разрядника Uпр.и. Одной из основных характеристик разрядника является остающееся напряжение разрядника Uocт, т.е. напряжение на определенном токе (5...14 кА для разных Uном), который называется координирующим током. Импульсное пробивное напряжение искрового промежутка разрядника и близкое к нему напряжение Uoпт должны быть на 25% ниже разрядного напряжения 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 Uгаш, а соответствующий сопровождающий ток - током гашения Iгаш-

Гашение сопровождающего тока может осуществляться в условиях однофазного замыкания на землю, поэтому в. качестве напряжения гашения принимается напряжение на здоровых фазах при однофазном замыкании на землю:

Uгаш = К3Uном

гдеКз - коэффициент, зависящий от способа заземления нейтрали; Uном - номинальное линейное напряжение (Кз = 0.7 для установок с заземленной нейтралью; 1.1 - для установок с изолированной нейтралью).

Дугогасящее действие искрового промежутка РВ характеризуется коэффициентом гашения:

Кгаш = Uпр/Uгаш

где Unp - пробивное напряжение искровых промежутков при частоте 50 Гц;

а защитное действие нелинейного резистора - коэффициентом защиты (защитным отношением)

K = Uост/ √2 Uгаш

Увеличение нелинейности сопротивления резистора приводит к уменьшению остающегося напряжения и к снижению Кзащ (рис. 3), с другой стороны, чем больший ток 1гаш защитим для разрядника, тем меньше Uocт при неизменной вольт-амперной характеристики сопротивления. Таким образом, значение Кзащ определяется не только свойствами нелинейного резистора, но и конструкцией искрового промежутка, от которого зависит ток гашения.

Принцип работы разрядника - фотография 29 - изображение 29

Принцип работы разрядника - фото 30 - изображение 30

Области больших токов соответствует более высокая нелинейность резистора, при чем коэффициент нелинейности для вилита имеет значение 0.11...0.22, а для тервита - 0.15...0.25. Начальный участок ВАХ соответствует области сопровождающих токов, и на нем находится Uгаш, а коэффициент нелинейности на этом участке составляет 0.28...0.3 для вилитов и 0.35...0.38 для тервита. Происхождение больших импульсных токов вызывает остаточные явления в материале нелинейного резистора, поэтому РВ имеет определенную пропускную способность, характеризующуюся гарантированным числом импульсов тока заданными параметрами, которые может выдержать резистор. Энергия импульса тока зависит от его амплитуды и длительности. При внутренних перенапряжениях, наоборот, наблюдаются большие длительности (2 мс и более) и относительно небольшие амплитуды тока. Поэтому пропускную способность разрядников принято характеризовать максимальным значением импульса тока 20…40 мкс и током прямоугольной формы длительностью 2 мс. Эти воздействия разрядники должны выдерживать не менее 20 раз.

Вентильные разрядники

Принцип работы разрядника - изображение 31 - изображение 31

Для снижения перенапряжений в проводах воздушных линий применяют низковольтные вентильные разрядники типа РВН-0,5 отечественного производства и аналогичные импортные (например GZ а-0,66). Разрядники — очень эффективное средство снижения перенапряжений. Набегающая с линии импульсная волна перенапряжения отводится в землю, остающееся напряжение не превышает 3—3,5 кВ, что практически безопасно для электрооборудования.

Разрядник РВН-0,5 для наружной и внутренней установки (рис. 2) состоит из единичного искрового промежутка и последовательно соединенного с ним рабочего сопротивления (резистора), закрытых фарфоровой герметической покрышкой и сжатых цилиндрической пружиной. Герметизация осуществлена с помощью озоностойкого резинового кольца.

Разрядник присоединяется к фазному проводу и заземленному спуску. Защитное действие его заключается в том, что при появлении перенапряжения происходит пробой искрового промежутка, протекающий через разрядник импульсный ток вследствие нелинейной характеристики рабочего сопротивления снижает величину волны перенапряжения до безопасного для оборудования значения 3—5 кВ. Искровой промежуток подобран таким образом, что пробивается всякий раз, как только напряжение на защищаемом участке превысит допустимую величину.

Следующий за пробоем искрового промежутка разрядника ток, протекающий под действием напряжения промышленной частоты (так называемый сопровождающий ток), прерывается искровым промежутком при первом переходе через нулевое значение. На этом работа разрядника закончена, и он снова готов к действию.

Для повышения надежности работы линий электропередачи, для защиты электроаппаратуры от атмосферных и внутренних перенапряжений, а также для обеспечения безопасности обслуживающего персонала опоры линий электропередачи должны быть заземлены.

Величина сопротивления заземляющих устройств нормируется "Правилами устройств электроустановок".

На воздушных линиях электропередачи на напряжение 0,4 кВ с железобетонными опорами в сетях с изолированной нейтралью должны быть заземлены как арматура опор, так и крюки и штыри фазных проводов. Сопротивление заземляющего устройства не должно превышать 50 Ом.

В сетях с заземленной нейтралью крюки и штыри фазных проводов, устанавливаемых на железобетонных опорах, а также арматуру этих опор необходимо присоединять к нулевому заземленному проводу. Заземляющие и нулевые проводники во всех случаях должны иметь диаметр не менее 6 мм.

На воздушных линиях электропередачи на напряжение 6-10 кВ должны быть заземлены все металлические и железобетонные опоры, а также деревянные опоры, на которых установлены устройства грозозащиты, силовые или измерительные трансформаторы, разъединители, предохранители или другие аппараты.

Сопротивления заземляющих устройств опор принимаются для населенной местности не выше приведенных в табл. 18, а в ненаселенной местности в грунтах с удельным сопротивлением грунта

Принцип работы разрядника - фотография 32 - изображение 32

до 100 Ом·м - не более 30 Ом, а в грунтах с сопротивлением

Принцип работы разрядника - фотография 33 - изображение 33

выше 100 Ом·м - не более 0,3

Принцип работы разрядника - фото 34 - изображение 34

. При использовании на ЛЭП на напряжение 6-10 кВ изоляторов ШФ 10-Г, ШФ 20-В и ШС 10-Г сопротивление заземления опор в ненаселенной местности не нормируется.

Таблица 18

Сопротивление заземляющих устройств опор ЛЭП

на напряжение 6-10 кВ

Удельное сопротивление грунта

Принцип работы разрядника - фото 35 - изображение 35

, Ом·м
Сопротивление заземляющего устройства, Ом
До 100 До 10
100-500 " 15
500-1000 " 20
1000-5000 " 30
Более 5000 6·10

Принцип работы разрядника - фотография 36 - изображение 36

Принцип работы разрядника - фото 37 - изображение 37

При выполнении заземляющих устройств, т.е. при электрическом соединении заземляемых частей с землей, стремятся к тому, чтобы сопротивление заземляющего устройства было минимальным и, конечно, не выше величин, требуемых #M12293 0 1200003114 3645986701 3867774713 77 4092901925 584910322 1540216064 77 77ПУЭ#S. Большая доля сопротивления заземления приходится на переход от заземлителя к грунту. Поэтому в целом сопротивление заземляющего устройства зависит от качества и состояния самого грунта, глубины заложения заземлителей, их типа, количества и взаимного расположения.

Заземляющие устройства состоят из заземлителей и заземляющих спусков, соединяющих заземлители с заземляющими элементами. В качестве заземляющих спусков железобетонных опор ЛЭП на напряжение 6-10 кВ следует использовать все элементы напряженной арматуры стоек, которые соединяются с заземлителем. Если опоры установлены на оттяжках, то оттяжки железобетонных опор также должны быть использованы в качестве заземляющих проводников дополнительно к арматуре. Специально прокладываемые по опоре заземляющие спуски должны иметь сечение не менее 35 мм

Принцип работы разрядника - изображение 38 - изображение 38

или диаметр не менее 10 мм.

На воздушных линиях электропередачи с деревянными опорами рекомендуется применять болтовое соединение заземляющих спусков; на металлических и железобетонных опорах соединение заземляющих спусков может быть выполнено как сварным, так и болтовым.

Заземлители представляют собой металлические проводники, проложенные в грунте. Заземлители могут быть выполнены в виде вертикально забитых стержней, труб или уголков, соединенных между собой горизонтальными проводниками из круглой или полосовой стали в очаг заземления. Длина вертикальных заземлителей обычно составляет 2,5-3 м. Горизонтальные заземляющие проводники и верх вертикальных заземлителей должны находиться на глубине не менее 0,5 м, а на пахотных землях - на глубине 1 м. Заземлители соединяют между собой сваркой.

При установке опор на сваях, в качестве заземлителя можно использовать металлическую сваю, к которой сваркой подсоединяют заземляющий выпуск железобетонных опор.

Для уменьшения площади земли, занятой заземлителем, используют глубинные заземлители в виде стержней из круглой стали, погружаемых вертикально в грунт на 10-20 м и более. Наоборот, в плотных или каменистых грунтах, где невозможно заглубить вертикальные заземлители, используют поверхностные горизонтальные заземлители, которые представляют собой несколько лучей из полосовой или круглой стали, проложенных в земле на небольшой глубине и подсоединенных к заземляющему спуску.

Все виды заземлений значительно снижают величину атмосферных и внутренних перенапряжений на ЛЭП. Однако все же этих защитных заземлений в некоторых случаях оказывается недостаточно для защиты изоляции ЛЭП и электроаппаратов от перенапряжений. Поэтому на линиях устанавливают дополнительные устройства, к которым, прежде всего, относятся защитные искровые промежутки, трубчатые и вентильные разрядники.

Защитное свойство искрового промежутка основано на создании в линии "слабого" места. Изоляция искрового промежутка, т.е. расстояние по воздуху между его электродами, таково, что электрическая прочность его достаточна, чтобы выдерживать рабочее напряжение ЛЭП и не допустить замыкания рабочего тока на землю, и в то же время она слабее изоляции линии. При ударе молнии в провода ЛЭП грозовой разряд пробивает "слабое" место (искровой промежуток) и проходит в землю, не нарушая изоляции линии. Защитные искровые промежутки 1 (рис. 22, а, б) состоят из двух металлических электродов 2, установленных на определенном расстоянии друг от друга. Один электрод подсоединен к проводу 6 ЛЭП и изолируется от опоры изолятором 5, а другой заземлен (4). Ко второму электроду подсоединен дополнительный защитный промежуток 3. На линиях на напряжение 6-10 кВ со штыревыми изоляторами форма электродов выполняется в виде рогов, что обеспечивает растяжение дуги при разряде. Кроме того, на этой ЛЭП защитные промежутки устраивают непосредственно на заземляющем спуске, проложенном по опоре (рис. 23).

Принцип работы разрядника - изображение 39 - изображение 39

Рис. 22. Защитный искровой промежуток для ЛЭП на напряжение до 10 кВ:

а - электрическая схема; б - схема установки

Принцип работы разрядника - фотография 40 - изображение 40

Рис. 23. Устройство защитного промежутка на опоре

Трубчатые и вентильные разрядники устанавливают, как правило, на подходах к подстанциям, переходах ЛЭП через линии связи и ЛЭП, электрифицированные железные дороги, а также для защиты кабельных вставок на ЛЭП. Разрядники представляют собой аппараты, имеющие искровые промежутки и устройства для гашения дуги. Устанавливают их так же, как и защитные промежутки - параллельно защищаемой изоляции.

Вентильные разрядники типа РВ предназначены для защиты от атмосферных перенапряжений изоляции электрооборудования. Их выпускают на напряжение 3,6 и 10 кВ и можно устанавливать как на открытом воздухе - на ЛЭП, так и в закрытых помещениях. Основная электрическая характеристика разрядников приведена в табл. 19. Конструктивное исполнение, габаритные, установочные и присоединительные размеры разрядников показаны на рис. 24.

После окончания монтажных работ кабельные линии проверяют и испытывают. В комплекс испытания кабелей входят следующие работы: проверка целостности и фазировки жил кабелей; измерение сопротивления изоляции (эти измерения производятся мегаомметром на 2500 В до и после испытания кабеля повышенным напряжением, причем сопротивление изоляции должно быть не менее 0,5 МОм для кабелей на напряжение до 1 кВ, а для кабелей на напряжение выше 1 кВ эта величина не нормируется); испытание повышенным напряжением выпрямленного тока.

В процессе испытания измеряют ток утечки и следят за характером его изменения. Если не произошло пробоя, не было скользящих разрядов и бросков тока утечки после достижения им установившегося значения, кабель считается выдержавшим испытание. При неисправности, пробое кабеля при испытаниях специальными приборами отыскивают место повреждения кабеля с целью его ремонта. Взамен поврежденного куска монтируют вставку длиной не менее 8 м с двумя соединительными муфтами.

47. Пересечения и сближения В Л до 1000В. Пересечения и сближения ВЛ выше 1000 В.

Принцип работы разрядника - фотография 41 - изображение 41

Принцип работы разрядника - фото 42 - изображение 42

Принцип работы разрядника - фото 43 - изображение 43

Принцип работы разрядника - фотография 44 - изображение 44

Принцип работы разрядника - фото 45 - изображение 45

Принцип работы разрядника - изображение 46 - изображение 46

Принцип работы разрядника - фото 47 - изображение 47

48. Организация строительства воздушных линий электропередачи.

Принцип работы разрядника - фотография 48 - изображение 48

Принцип работы разрядника - изображение 49 - изображение 49

Принцип работы разрядника - фотография 50 - изображение 50

49. Организация и подготовка строительства В Л. Поточный и комплексный методы.

Принцип работы разрядника - фото 51 - изображение 51

Принцип работы разрядника - фото 52 - изображение 52

Принцип работы разрядника - изображение 53 - изображение 53

Принцип работы разрядника - изображение 54 - изображение 54

50. Механизация работ. Линейные машины и механизмы.

Механиза́ция (англ. mechanization, нем. mechanisierung f) — одно из основных направлений научно-технического прогресса, которое заключается в широком применении механизации производства. Данный термин подразумевает процесс или работу, выполняемую при помощи механизмов. Изначально понятие механизма (машины) с инженерной точки зрения определяется следующим образом: «Каждая машина построена с целью выполнения определённых механических операций, каждая из которых предполагает существование в процессе кроме самой машины (механизма) ещё и двух других составляющих: движущей силы и собственно объекта, на который направлены действия, которые можно назвать работой. Механизм или машина, по сути, является посредником между энергией и совершаемой работой, с целью адаптации одного в другое[1]».

В некоторых областях, понятие механизация включает использование ручного инструмента. В современных условиях механизация в области техники или экономики подразумевает использование более сложных механизмов, чем ручные инструменты либо примитивные устройства, основанные на использовании энергии животных (лошадей или ослов). Под механизацией также подразумевают применение устройств (машин), способных изменять скорость или преобразовывать возвратно-поступательные движения во вращательные, с использованием таких средств, как шестерни, шкивы либо шкивов и ремней, валов, эксцентриков и так далее. После проведения электрификации производства, большинство небольших механизмов с ручным приводом заменили электромоторы, ставшие синонимом машин[2].

Различают понятия:

· частичная механизация — отдельные операции на ручном производстве выполняют машины или механизмы;

· комплексная механизация — охватывает весь комплекс работ при выполнении законченного технологического процесса или создания определённого изделия, при этом работник управляет комплексом машин;

· автоматизация — высшая степень механизации производства, при которой машины управляют механизмами, а высококвалифицированный работник только налаживает и контролирует производственный процесс.

Таким образом, главным современным направлением технического прогресса, основой повышения продуктивности и производительности труда, а также улучшения качества продукции является комплексная механизация и автоматизация производства. Социально-экономический эффект механизации обусловлен способом производства[3].

Принцип работы разрядника - фото 55 - изображение 55

Принцип работы разрядника - изображение 56 - изображение 56

Принцип работы разрядника - фото 57 - изображение 57

51. Строительные работы при сооружении воздушных линий электропередачи.

Принцип работы разрядника - фото 58 - изображение 58

Принцип работы разрядника - фото 59 - изображение 59

Принцип работы разрядника - фото 60 - изображение 60

Принцип работы разрядника - изображение 61 - изображение 61

Принцип работы разрядника - фото 62 - изображение 62

Принцип работы разрядника - фото 63 - изображение 63

Принцип работы разрядника - фото 64 - изображение 64

Принцип работы разрядника - фотография 65 - изображение 65

52. Сборка деревянных опор. Сборка железобетонных опор. Сборка металлических опор.

Для сооружения воздушных линий напряжением до 1000 В применяются деревянные и железобетонные опоры. Деревянные опоры бывают разнообразных конструкций (рис. 1, а, б, в, г).

Для изготовления деревянных опор используют главным образом древесину деревьев хвойных пород (лиственницы, пихты, сосны и др.). Диаметр сосновых бревен для основных элементов опор (стоек, приставок, траверс, подкосов) воздушных линий до 1000 В должен быть не менее 14 см, а для вспомогательных деталей (ригелей, подтраверсных брусьев и т. п.) - не менее 12 см.

Древесина опор недолговечна и, например, срок службы деревянных непропитанных сосновых опор около 5 лет. Опасными разрушителями древесины являются столбовой гриб, розовый трутовик, шпальный грибок и такие насекомые, как жуки-рогохвосты, черные усачи и термиты.

Увеличение срока службы деревянных опор в 3 - 4 раза достигается путем обработки их различными химическими веществами - антисептиками, процесс обработки деревянных опор называют антисептированием. В качестве антисептиков применяют креозотовое масло, фтористый натрий, уралит, донолит и др.

Принцип работы разрядника - изображение 66 - изображение 66

Рис. 1. Конструкции деревянных опор воздушных линий до 1000 В: а - одностоечная промежуточная, б - угловая с подкосом, угловая с оттяжкой, г - анкерная А-образная: 1 - стойка, 2 - подкос, 3 - ригель, проволочная оттяжка, 5 - натяжное устройство, б - бандажи, 7 - приставка (пасынок)

Деревянные опоры изготовляют, антисептируют и собирают на специальных полигонах и стройзаводах, а затем на автомашинах с прицепами доставляют к месту установки.

Одностоечные деревянные опоры доставляют на трассу в собранном виде, а многостоечные (А-образные и др.) - частично собранными. Эти опоры собирают на месте.

Перед сборкой все детали опоры тщательно осматривают: у них не должно быть таких дефектов, как разрушение защитных покрытий (антисептических, антикоррозийных), повреждение резьбы болтов и шпилек, глубоких раковин на металлических хомутах и бандажах и т. п. В процессе эксплуатации наиболее быстро повреждается участок деревянной опоры, расположенный на 30 - 40 см ниже и выше уровня земли, т. е. в месте, где древесина наиболее интенсивно подвергается переменному воздействию атмосферных осадков и содержащейся в земле влаги.

В целях экономии древесины деревянные опоры делают составными - соединяют стойку опоры с деревянной или железобетонной приставкой (пасынком). Составные опоры образуют прочную конструкцию, применение которой повышает надежность работы воздушной линии электропередачи и срок ее службы.

Соединение стойки опоры с одной или двумя приставками (рис. 2, а, б) осуществляется бандажами или хомутами. Для соединения деревянной стойки с деревянной приставкой комлевая часть стойки на длине 1,5 - 1,6 м стесывается на плоскость шириной 100 мм. На такую же длину и ширину обрабатывается и верхняя часть деревянной приставки.

Принцип работы разрядника - изображение 67 - изображение 67

Рис. 2. Способы сопряжения деревянных стоек опор с приставками (пасынками): а - с одной деревянной, б - с одной железобетонной, с двумя деревянными, 1 - стойка, 2 - бандажи, 5 - деревянная приставка, 4 -железобетонная приставка, 5 - слой толя.

Стесанные плоскости стойки и приставки должны кончаться перпендикулярной зарубкой. Стык соединяемых деталей должен быть плотным без просветов. На обеих деталях намечают линии бандажей и делают небольшие выемки для болтов, стягивающих бандажи. Выемки для болтов делают в случае, когда стягивание бандажей осуществляется не скруткой, а болтами.

По окружности стойки и приставки на ширине бандажей (50 - 60 мм) устраняют неровности для обеспечения лучшего стягивания этих деталей опоры бандажами.

Бандажи накладывают на участок сопряжения в двух местах, отступив вниз от верхушки приставки на 200 мм и выше комля стойки опоры на 250 мм. Расстояние между бандажами - 1000 - 1100 мм.

Для бандажей применяют стальную оцинкованную мягкую проволоку диаметром 4 мм или неоцинкованную проволоку (катанку) диаметром 5 - 6 мм.

Бандаж состоит из нескольких витков проволоки, накладываемых на участок сопряжения стойки опоры с приставкой и прочно скрученных или стянутых сквозным болтом. Количество витков каждого бандажа определяется диаметром бандажной проволоки. Один бандаж должен иметь 8 витков при диаметре проволоки 6 мм, 10 витков при диаметре 5 мм, и 12 витков при диаметре проволоки 4 мм.

Длина проволоки, необходимой для одного бандажа, вычисляется по формуле:

Lб = 26n (D1 + D2)

где Lб - длина проволоки, см, n - количество витков бандажа, D1 и D2 - диаметры стойки и приставки в месте установки бандажа, см.

Бандаж накладывают на опору следующим образом. Загибают конец бандажной проволоки на длине 3 см под прямым углом и вбивают в деревянную приставку (при сопряжении стойки опоры с железобетонной приставкой конец бандажной проволоки вбивают в стойку опоры), а затем, намотав и плотно уложив необходимое количество витков, раздвигают их посредине и, вставив в образовавшееся пространство между витками специальный ломик с загнутым концом, скручивают все витки.

Наложив описанным способом второй бандаж, переворачивают опору и скручивают ломиком оба бандажа с другой стороны опоры, прочно стягивая таким образом бандажи на участке сопряжения стойки опоры с приставкой. Вместо скрутки для стягивания бандажа может быть применен болт с фигурной головкой, шайбой и гайкой.

Сопряжение бандажами стойки опоры с двумя приставками (рис. 2, в) выполняется аналогично сопряжению стойки с одной приставкой, при этом стойка опоры обрабатывается с двух сторон.

Каждая приставка крепится к стойке отдельными бандажами, для размещения которых в соответствующих участках приставок делают предварительно вырубки глубиной 6 - 8 мм и шириной 60 - 65 мм. Места сопряжения деталей опор, вырубки, срезы и затесы покрывают антисептиком.

Под гайки и головки болтов подкладывают шайбы. Древесина под шайбами должна быть затесана, но не вырублена. На высоте до 3 м от земли резьбу на выступающих из гаек концах болтов закернивают, концы болтов, выступающие из гаек более чем на 10 мм, срезают и также закернивают. Металлические неоцинкованные детали опор дважды покрывают асфальто-битумньм лаком.

Для удобства накладывания проволочных бандажей опора должна быть приподнята над землей на 20 - 30 см, а приставки временно соединены со стойкой опоры при помощи струбцин (рис. 3, а).

Принцип работы разрядника - фотография 68 - изображение 68

Рис. 3. Приспособления для сборки и оснастки деревянных опор: а - струбцина для временного скрепления стойки опоры с деревянной и железобетонной приставкой, б - шаблон для разметки отверстий под крюки, в - приспособление для сверления вручную отверстии в опоре, г - ключ (завертка) для ввертывания крюков в опору

Оснастку опор производят при изготовлении их на стройзаводах, но не редко, чтобы избежать повреждения изоляторов и арматуры при транспортировке, непосредственно в месте сооружения воздушной линии электропередачи.

Работы по оснастке опор включают в себя разметку мест расположения крюков, сверление в опоре отверстий под крюки и установку в них крюков с изоляторами.

Места установки крюков на опоре размечают при помощи шаблона, изготовленного из куска прямоугольной алюминиевой шины толщиной 3 - 4 мм. Шаблон (рис. 3, б) коротким изогнутым концом накладывают на вершину опоры сначала с одной, а затем с другой-ее стороны, отмечая места установки крюков соответственно по четным и нечетным отверстиям шаблона. Разметку отверстий в траверсах для установки в них штырей производят также при помощи шаблона.

Отверстия в опоре сверлят при помощи электрифицированного инструмента, в случае отсутствия источника электроэнергии применяют бурав соответствующего размера или специальное приспособление (рис. 3, в).

Высверленное в опоре отверстие должно иметь диаметр, равный внутреннему диаметру нарезки крюка, а глубину, равную 3/4 длины нарезной части крюка. Крюк должен быть ввернут в тело опоры всей нарезной частью плюс 10 - 15 мм. Крюки ввертывают в отверстие при помощи ключа (рис. 3, г).

Изоляторы крепят на арматуре (крюках, штырях) в мастерских или непосредственно на трассе воздушной линии при оснастке опор. На изоляторах не должно быть трещин, сколов фарфора, стойких, не поддающихся очистке загрязнений и других дефектов.

Грязные изоляторы должны быть очищены. Чистка изоляторов металлическими щетками, скребками или иными металлическими инструментами запрещается. Большинство загрязнений удаляют с поверхности изолятора, протирая загрязненные участки сухой ветошью и тряпкой, смоченной в воде, а стойкие загрязнения (ржавчина и др.) - смоченной в соляной кислоте. Работать с применением соляной кислоты следует в перчатках из кислотоупорной резины и в защитных очках.

Изоляторы и арматуру (рис. 4) выбирают с учетом расчетных нагрузок от тяжения проводов, района гололедности (учитывается масса возможных гололедных образований на проводах), давления ветра на провода и др. При этом принимаются следующие значения коэффициента запаса прочности по отношению к разрушающей нагрузке: 2,5 при нормальном тяжении проводов и 3,0 при ослабленном тяжении проводов.

Принцип работы разрядника - фотография 69 - изображение 69

Рис. 4. Изоляторы и арматура воздушных линий до 1 кВ: а - изоляторы ТФ, РФО и ШФН, б - крюк КН-16, в - штыри ШТ-Д (для деревянных траверс) и ПГГ-С (для стальных траверс)

Деревянные опоры широко применяются при строительстве воздушных линий, особенно в районах, богатых лесами, но, как уже указывалось, деревянные опоры недолговечны, поэтому они постепенно заменяются железобетонными опорами, срок службы которых составляет 50 - 60 лет.

Железобетонные опоры воздушных линий напряжением до 1 кВ имеют коническую форму и прямоугольное или кольцевое (круглое) сечение. Для облегчения массы стойку железобетонной опоры на значительной части ее длины делают пустотелой.

Железобетонные опоры снабжены жестким металлическим каркасом из арматурной стали, повышающим механическую прочность опоры, они служат для подвески на них проводов на траверсах или крюках: в последнем случае в теле опоры при ее изготовлении оставляют отверстия для установки в них крюков.

В железобетонной опоре имеется специальный вывод, приваренный к арматуре каркаса для присоединения его к нулевому проводу линии с заземленной нейтралью. Железобетонную опору устанавливают в блочных фундаментах или непосредственно в земле с подкладкой под нее железобетонной плиты.

Оснастка железобетонных опор производится практически так же, как оснастка деревянных опор, несколько отличаясь только некоторыми второстепенными операциями. Работы по оснастке опор выполняют до их подъема и установки в котловане, что позволяет применять различные механизмы и таким образом намного облегчить труд монтажников.

Металлические опоры поставляются отдельными элементами, сборка которых между собой выполняется с помощью болтовых соединений. После завершения сборки металлических опор производится восстановление их антикоррозийного покрытия в местах его повреждения при транспортировке и сборке.

Сборка опор выполняется по возможности ближе к месту ее будущей установки. При сборке применяются автокраны, домкраты и другие механизмы и инструменты. Собранные опоры должны соответствовать рабочим чертежам проекта ВЛ.

53. Устройство котлованов под фундаменты. Устройство фундаментов.

Устройство котлованов и фундаментов под опоры воздушных линий электропередач Устройство котлованов под опоры производится с применением буровой машины. Выработка котлована ведется до достижения проектной отметки. Электромонтажные работы являются работами с повышенной опасностью, и проводятся с соблюдением определенных норм и правил. В некоторых случаях электромонтажные работы в Москве или в других регионах, работы по устройству опор могут проводиться в скальных и мерзлых грунтах. Разработку таких котлованов можно производить, используя взрывы. Проведение взрывных работ осуществляется в соответствии с требованиями по безопасности таких работ. Производится неполная доработка котлована, не доходя до отмеченного в проекте уровня примерно 100-200 миллиметров. Окончательная доработка и достижение проектной отметки достигается применением отбойных молотков. Перед устройством фундамента в готовом котловане его следует осушить, использую откачку воды. При проведении работ в условиях, когда окружающий воздух низкой температуры, все работы выполняются как можно быстрее, чтобы не допустить промерзания дна котлована. Фундаменты в вечномерзлых грунтах устраиваются, сохраняя естественное замерзшее состояние грунта. Проводимые электромонтажные работы подразумевают наличие на всех сварных и болтовых стыках стоек с плитами фундамента антикоррозийного покрытия. Перед началом сварочных работ все детали очищаются от ржавчины. На фундаментах, которые устраиваются в агрессивных грунтах, а также на фундаментах с защитным слоем бетона менее 30 миллиметров применяется гидроизоляция. Места, где возможно воздействие агрессивной среды, должны быть указаны в проекте. После того как фундамент выверен, производится обратная засыпка с послойным трамбованием. Применяемые для устройства фундаментов шаблоны снимаются только после засыпки не менее половины глубины котлована. Высота, на которую следует выполнять засыпку, определяется с учетом естественной просадки грунта. Если устраивается обвалование фундамента, отношение высоты откоса к его основанию не должно превышать соотношения 1:1.5, в зависимости от состава и вида грунта. Грунт, который планируется использовать для обратной засыпки, требуется предохранять от возможного промерзания. Как и все электромонтажные работы в Москве, устройство и монтаж сборных железобетонных фундаментов осуществляется с соблюдением предельных допусков отклонений. Для опор, на которых будут монтироваться линии электропередач, такие допуски составляют: Для свободно стоящих опор: Допускается отклониться от уровня, предусмотренного для дна котлована, не более чем на 10 миллиметров. Расстояние между осями фундаментов должно быть в пределах плюс-минус 20 миллиметров. Отклонение от отметки верха фундамента – не более 20 миллиметров. Отклонение угла продольной оси фундамента может составлять 0°30’. Для опор с оттяжками: Допускается отклониться от уровня, предусмотренного для дна котлована, не более чем на 10 миллиметров. Расстояние между осями фундаментов должно быть в пределах плюс-минус 50 миллиметров. Отклонение от отметки верха фундамента – не более 20 миллиметров. Отклонение угла продольной оси фундамента может составлять 1°30’. Угол наклона оси V-образного анкерного болта может составлять плюс-минус 2°30’. Для компенсации разности отметок верха фундаментов во время монтажа опор применяются стальные прокладки.

54. Грузоподъемные средства и приспособления. Установка опор.

Принцип работы разрядника - фотография 70 - изображение 70

Принцип работы разрядника - фото 71 - изображение 71

Принцип работы разрядника - фото 72 - изображение 72

Принцип работы разрядника - фотография 73 - изображение 73

55. Монтажные работы при сооружении воздушных линий электропередачи.

Грозозащита. Устройство и принцип действия разрядников

Принцип работы разрядника - фото 74 - изображение 74

Разря́дник — электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях. Первоначально разрядником называли устройство для защиты от перенапряжений, основанный на технологии искрового промежутка. Затем, с развитием технологий, для ограничения перенапряжений начали применять устройства на основе полупроводников и металл-оксидных варисторов, применительно к которым продолжают употреблять термин "разрядник".

Применение

В электрических сетях часто возникают импульсные всплески напряжения, вызванные коммутациями электроаппаратов, атмосферными разрядами или иными причинами. Несмотря на кратковременность такого перенапряжения, его может быть достаточно для пробоя изоляции и, как следствие, короткого замыкания, приводящего к разрушительным последствиям.[1] Для того, чтобы устранить вероятность короткого замыкания, можно применять более надежную изоляцию, но это приводит к значительному увеличению стоимости оборудования. В связи с этим в электрических сетях целесообразно применять разрядники. Устройство и принцип действия

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.

Виды: Трубчатый разрядник, Магнитовентильный разрядник (РВМГ), Разрядник длинно-искровой, Различные ОПН.Ограничитель перенапряжения нелинейный (ОПН) — это элемент защиты без искровых промежутков

Грозозащита - это специальное устройство, защищающее оборудование от статического электричества. Как известно, статическое электричество проявляется в виде атмосферного электричества, удара молний, накопления статики во время осадков и т. д.

Как правило, грозозащита представляет собой диодный мост с защитным диодом, срабатывающим при возникновении разницы потенциалов между защищаемыми проводами более 6-7 В. Как следствие - провода замыкаются накоротко, а излишки статического напряжения отводятся при помощи специальной схемы.

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 636)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты