Вентильні розрядники принцип дії і характеристики

Пристрій і принцип дії вентильних розрядників

Основними елементами вентильного розрядника є іскровий проміжок і нелінійний послідовний резистор, які включаються по черзі між струмоведучих проводом і землею паралельно захищається ізоляції.

При впливі на розрядник імпульсу грозового перенапруження його іскровий проміжок пробивається і через розрядник проходить струм. Розрядник таким чином вводиться в роботу. Напруга, при якому пробиваються іскрові проміжки, іменується пробивним напругою розрядника.

Після пробою іскрового проміжку напруга на розряднику, а значить, і на що захищається їм ізоляції знижується до величини, що дорівнює добутку імпульсного струму I та на опір почергового резистора Rи. Ця напруга називається залишаються напругою Uосн. Його величина не залишається незмінною, а змінюється разом зі зміною величини імпульсного струму I та, що проходить через розрядник. Але протягом усього часу роботи розрядника залишається напруга не повинна підвищуватися до величини, небезпечною для захищається ізоляції.

Мал. 1. Електронна схема включення вентильних розрядників. ІП - іскровий проміжок, Rн - опір нелінійного почергового резистора, U - імпульс грозового перенапруження, І - ізоляція, що захищається.

Після припинення протікання імпульсного струму через розрядник продовжує проходити струм, обумовлений напругою промислової частоти. Цей струм називається супроводжуючим. Іскрові проміжки розрядника повинні забезпечити надійне гасіння дуги супроводжуючого струму при першому проходженні його через нуль.

Мал. 2. Форма імпульсу напруги до і після спрацювання вентильного розрядника. tр - час спрацьовування розрядника (час розряду), I та - імпульсний струм розрядника.

Напруга гасіння вентильних розрядників

Надійність гасіння дуги іскровим проміжком залежить від величини напруги промислової частоти на розряднику в момент гасіння супроводжуючого струму. Найбільша величина напруги, при якій іскрові проміжки розрядників міцно розривають супроводжуючий струм, називається великим допустимою напругою або напругою гасіння Uгаш.

Величина напруги гасіння вентильного розрядника задається режимом роботи електроустановки, в якій він працює. Тому що при грозових впливах можуть відбуватися відразу замикання однієї фази на землю і робота вентильних .разрядніков на інших неушкоджених фазах, то напруга на цих фазах при цьому збільшується. Напруга гасіння вентильних розрядників вибирається з урахуванням схожих підвищень напруги.

Для розрядників, що працюють в мережах з ізольованою нейтраллю, напруга гасіння приймається рівним Uгаш = 1,1 х 1,73 х Uф = 1,1 Uн, де Uф - робоче фазна напруга.

При цьому враховується можливість збільшення напруги на непошкоджених фазах до лінійного при замиканні однієї фази на землю і ще на 10% через регулювання напруги споживача. Отже, найбільша робоча напруга розрядника складає 110% номінального лінійного напруги Uном.

Для розрядників, що працюють в мережах з глухо заземленою нейтраллю, напруга гасіння становить 1,4 Uф, т. Е. 0,8 номінального лінійного напруги мережі: Uгаш = 1,4 Uф = 0,8 Uном. Тому такі розрядники іноді називаються 80% -ми.

Іскрові проміжки вентильних розрядників

Іскрові проміжки вентильних розрядників повинні задовольняти наступним вимогам: мати стабільне пробивна напруга при малих розкидах, мати пологу вольт-секундну характеристику, не зраджувати своє пробивну напругу після неодноразових спрацьовувань, гасити дугу супроводжуючого струму при першому переході його через нульове значення. Цим вимогам задовольняють неодноразові іскрові проміжки, які збираються з одиничних іскрових проміжків з малими повітряними зазорами. Поодинокі іскрові проміжки включаються по черзі і на кожен з них при найбільшому допустимому напрузі припадає близько 2 кВ.

Розподіл дуги на короткі дуги в одиничних іскрових проміжках збільшує дугогасящие характеристики вентильного розрядника, що пояснюється насиченим охолодженням дуги і величезним падінням напруги у кожного електрода (ефект катодного падіння напруги).

Напруга пробою іскрових проміжків вентильного розрядника при впливі атмосферних перенапруг визначаються його вольт-секундної рисою, т. Е. Залежністю часу розряду від амплітуди імпульсу перенапруги. Час розряду - це час від початку впливу імпульсу перенапруги до пробою іскрового проміжку розрядника.

Для дієвого захисту ізоляції вольт-секундна риса її повинна лежати вище вольт-секундної властивості розрядника. Зрушення вольт-секундних рис потрібен для того, щоб зберегти надійність захисту при випадковому ослабленні ізоляції в експлуатації, також через наявність зон розкиду розрядних напруг як у самого розрядника, так і у захищається ізоляції.

Вольт-секундна риса розрядника повинна мати пологу форму. Якщо вона буде крутий, як це показано на рис. 3 пунктиром, то це призведе до того, що розрядник втратить універсальність, тому що для кожного виду обладнання, володіє персональної вольт-секундної рисою, буде потрібно власний особливий розрядник.

Мал. 3. Вольт-секундні властивості вентильних розрядників і захищається ними ізоляції.

Нелінійний послідовний резистор. До нього пред`являються два зворотних вимоги: тоді, коли через нього проходить струм блискавки, його опір має уменьшаться- тоді ж коли через нього проходить супроводжуючий струм промислової частоти, воно повинно, навпаки, зростатиме. Таким вимогам задовольняє карборундових опір, яке змінюється залежно від прикладеного до нього напруги: чим вище прикладена напруга, тим нижче його опір і, навпаки, чим нижче прикладена напруга, тим більше його опір.

Крім того, по черзі включене карборундових опір, будучи активним опором, зменшує зсув по фазі між супроводжуючим струмом і напругою, а при одночасному переході їх через нульове значення гасіння дуги полегшується.

Зі збільшенням напруги величина опору запірних шарів падає, що забезпечує проходження величезних струмів при відносно невеликих падіннях напруги.

HTML clipboardЗавісімость напруги на розряднику від величини проходить через нього струму (вольт-амперна
риса) наближено виражається рівнянням:

U = СIα,

де U - напруга на опорі нелінійного резистора вентильного розрядника, I - струм, що проходить через нелінійний резистор, С - незмінна, чисельно рівна опору при струмі 1 А, α - коефіцієнт вентильну.

Чим менше коефіцієнт α, тим менше змінюється напруга на нелінійному резисторі при зміні проходить через нього струму і тим менше залишається напруга на вентильному розряднику.

Кожен імпульс струму залишає в почерговому резистори слід руйнування - відбувається пробій запірного шару окремих зерняток карборунда. Неодноразове проходження імпульсів струму призводить до повного пробою резистора і руйнування розрядника. Повний пробою резистора настає тим швидше, чим більше амплітуда і довжина імпульсу струму. Тому пропускна здатність вентильного розрядника обмежена. При оцінці пропускної можливості вентильних розрядників враховується пропускна здатність і послідовних резисторів і іскрових проміжків.

Резистори повинні витримувати без пошкодження 20 імпульсів струму тривалістю 20/40 мкс з амплітудою, яка залежить від типу розрядника. Наприклад, для розрядників типів РВП і РВО напругою 3 - 35 кВ амплітуда струму дорівнює 5000 А, типу РВС напругою 16 - 220 кВ - 10 000 А і типів РВМ і РВМГ напругою 3 - 500 кВ - 10000 А.

Для збільшення захисних властивостей вентильного розрядника необхідно знижувати залишається напруга, чого можна досягти зменшенням коефіцієнта вентильну α почергового нелінійного резистора при одночасному підвищенні дугогасящих параметрів іскрових проміжків.

Збільшення дугогасящих параметрів іскрових проміжків дає можливість збільшити супроводжуючий струм, обривається ними, а як слід, дозволяє зменшити опір почергового резистора. Технічне вдосконалення вентильних розрядників в даний час йде конкретно цими способами.

Необхідно підкреслити, що в схемі вентильного розрядника принципове значення має заземлюючих пристроїв. При відсутності заземлення розрядник працювати не може.

Заземлення вентильного розрядника і захищається ним обладнань об`єднуються. У тих випадках, коли вентильний розрядник з будь-яких причин має окреме від обладнання, яке підлягає заземлення, величина його нормується залежно від рівня ізоляції обладнання.