Вентильный разрядник, Конструкция и принцип действия - Характеристики вентильных разрядников

Вентильные разрядники, как и другие типы разрядников, предназначены для ограничения возникающих в электрических сетях коммутационных и атмосферных перенапряжений, с целью предотвращения возможных пробоев изоляции, повреждения оборудования и прочих негативных последствий.

Первый в мире вентильный разрядник был разработан в 1908 г. и представлял из себя комбинацию из многократного искрового промежутка и уравнивающих конденсаторов. В СССР (1935 г.) были разработаны вентильные разрядники с применением тирита, называвшиеся тиритовыми наружными (РТН). В 1960г. был освоен выпуск комбинированных вентильных разрядников - как от грозовых так и от коммутационных перенапряжений.

Конструкция и принцип действия

Вентильный разрядник состоит из двух основных компонентов: многократного искрового промежутка (состоящего из нескольких однократных) и рабочего резистора (состоящего из последовательного набора вилитовых или тиритовых дисков). Многократный искровой промежуток последовательно соединен с рабочим резистором. В связи с тем, что вилит меняет характеристики при увлажнении, рабочий резистор герметично закрывается от внешней среды. Во время перенапряжения многократный искровой промежуток пробивается, задача рабочего резистора -- снизить значение сопровождающего тока до величины, которая сможет быть успешно погашена искровыми промежутками. Вентиль обладает особенным свойством -- его вольт-амперная характеристика нелинейна -- падает с увеличением значения силы тока.

Это свойство позволяет пропустить больший ток при меньшем падении напряжения. Благодаря этому свойству вилита вентильные разрядники и получили свое название. Среди прочих преимуществ вентильных разрядников следует отметить бесшумность срабатывания и отсутствие выбросов газа или пламени.

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 прокладок из озоностойкой резины.

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

Вентильные разрядники серии РВС на напряжение 15--220 кВ выпускаются с 1947 г. Они также состоят из искровых промежутков и последовательных нелинейных резисторов, но параллельно искровым промежуткам подсоединяются шунтирующие резисторы. Это связано с тем, что с увеличением номинального напряжения у разрядников увеличивается количество единичных искровых промежутков. Например, у разрядников РВС-220 количество единичных искровых промежутков равно 192.

Электроды же каждого единичного искрового промежутка представляет собой конденсатор небольшой емкости С, а следовательно, весь искровой промежуток разрядника состоит из последовательно включенных емкостей С и емкостей Си которые образуются между каждым электродом единичного промежутка и землей.

Искровой промежуток разрядника, таким образом, в электрическом отношении представляет собой емкостную схему (рис.). Напряжение, приложенное к такой схеме, распределяется неравномерно (примерно так же, как по гирлянде изоляторов). На первых искровых промежутках, считая от провода, присоединяющего разрядник, будет большее напряжение, чем на промежутках, удаленных от провода. Такой характер распределения напряжения имеет место у всех многократных искровых промежутков, но при малом их числе неравномерностью распределения напряжения можно пренебречь.

Для равномерного распределения напряжения промышленной частоты по искровым промежуткам разрядники серии РВС снабжаются шунтирующими резисторами Rm, каждый из которых присоединяется параллельно четырем единичным промежуткам, образующим блок искровых промежутков.

Величина сопротивлений шунтирующих резисторов выбирается такой, чтобы проходящий через них ток промышленной частоты был в несколько раз больше тока, проходящего через емкости схемы. В этом случае распределение напряжения по единичным искровым промежуткам будет определяться величиной активных сопротивлений шунтирующих резисторов. При приложении к разряднику импульсного напряжения емкостные сопротивления сильно снижаются и ток, проходящий через емкости, оказывается больше тока, проходящего через активные шунтирующие сопротивления. Распределение напряжения по искровым промежуткам (емкостям) становится неравномерным, что приводит к их каскадному пробою: сначала пробивается промежуток, расположенный ближе к проводу, затем второй от провода, третий и т. д. Так как для каскадного пробоя требуется меньшее напряжение, чем для одновременного пробоя всех промежутков, то коэффициент импульса искровых промежутков снижается и вольт-секундная характеристика выполаживается (коэффициент импульса равен отношению пробивных напряжений при импульсе и 50 Гц).

Для выравнивания распределения импульсного напряжения по искровым промежуткам вентильные разрядники напряжением 110 кВ и выше снабжаются экранирующими металлическими кольцами, прикрепляемыми к головке разрядника. Действие экранирующих колец на разрядниках аналогично действию защитной арматуры на гирляндах изоляторов.

Пробивное напряжение единичных промежутков при промышленной частоте лежит в пределах 2,8--3,2 кВ, а блока искровых промежутков 9--12 кВ.

Конструкция блока искровых промежутков разрядников серии РВС показана на рис. 11. Четыре единичных искровых промежутка 2 помещаются в фарфоровом цилиндре 1, закрытом с обеих сторон пружинящими крышками 3, к которым прикреплены шунтирующие резисторы 5. Картонные шайбы 4 служат для фиксации блока в покрышке. Шунтирующие резисторы -- тиритовые.

Разрядники РВС-110, РВС-150 и РВС-220 предназначай для установки только в сетях с эффективным заземлением нейтрали, в которых при несимметричных к. з. отношение максимально возможного фазового напряжения к линейному не превышает 0,8.

Внутренняя полость фарфоровых покрышек снизу и сверху герметизируется. Верхний и нижний концы покрышки армируются с помощью портландцемента силуминовыми фланцами 2, к которым болтами присоединяется силуминовый или латунный диск 1. Между диском и торцевой шлифованной поверхностью покрышки помещается озоностойкая резиновая прокладка 7, которая и создает герметизацию внутренней полости разрядника.

Так же размещены детали внутри разрядников РВС-20 и РВС-35, но у разрядников РВС-30 и РВС-33 блоки искровых промежутков расположены в верхней части покрышки. Фарфоровые покрышки всех вентильных разрядников серии РВС представляют собой полые цилиндры с ребрами на внешней поверхности, которые позволяют по внешнему виду определять номинальное напряжение разрядника. Так, у разрядников типа РВС-15 на внешней поверхности покрышки пять ребер, а у разрядников РВС-20, РВС-30, РВС-33 и ВРС-35 -- соответственно семь, девять и десять ребер.

В разрядниках РВС на 150 и 220 кВ устанавливается, кроме нормальных элементов, не менее одного элемента с меньшим разбросом по пробивному напряжению для получения импульсных пробивных напряжений, соответствующих характеристике разрядника данного типа.

Для повышения защитных свойств вентильного разрядника нужно снижать остающееся напряжение, чего можно достичь уменьшением коэффициента вентильности б последовательного нелинейного резистора при одновременном повышении дугогасящих свойств искровых промежутков.

Повышение дугогасящих свойств искровых промежутков дает возможность увеличить сопровождающий ток, обрываемый ими, а следовательно, позволяет уменьшить сопротивление последовательного резистора. Техническое усовершенствование вентильных разрядников в настоящее время идет именно этими путями.

Следует отметить, что в схеме вентильного разрядника важное значение имеет заземляющее устройство. При отсутствии заземления разрядник работать не может.

Заземления вентильного разрядника и защищаемого им оборудований объединяются. В тех случаях, когда вентильный разрядник по каким-либо причинам имеет отдельное от защищаемого оборудования заземление, величина его нормируется в зависимости от уровня изоляции оборудования.

Похожие статьи




Вентильный разрядник, Конструкция и принцип действия - Характеристики вентильных разрядников

Предыдущая | Следующая