Средства защиты от перенапряжений

В сетях до 35 кВ часто для защиты используют открытые разрядные промежутки — защитные разрядники ("рога") и трубчатые раз­рядники. Срабатывание таких разрядников вызывает резкий спад на­пряжения, возникновение переходных процессов и опасных перенапря­жений на продольной изоляции высоковольтных устройств (трансфор­маторы, генераторы, реакторы и т.д). Кроме этого, такие разрядники имеют крутую вольт-секундную характеристику (ВСХ), т.к. форма элек­трического поля резконеоднородная. Это не позволяет осуществлять защиту объектов в области коротких времен воздействия напряжения (грозовые перенапряжения) (рис 4.6).

Рис. 4.6. Вольт-секундная характеристика защищаемой изоляции (1) и искрового промежутка с резконеоднородным полем (2) и однородным полем (3)

Одним из лучших разрядников такого типа является трубча­тый разрядник (РТ), рис. 4.7.

Рис. 4.7. Устройство трубчатого разрядника: S₁ — основной про­межуток; S₂ — внешний искровой промежуток; 1 — диэлектрическая труба; 2 — стержневой электрод; 3 — открытый электрод

Электроды искрового промежутка помещаются в диэлектриче­скую трубу 1 из газогенерирующего материала (например, винипласт).

Основной промежуток — S₁ обеспечивает дугогашение. Промежуток S₂ служит для отделения газогенерирующей трубки от сети, чтобы избе­жать ее разложения от токов утечки. При появлении перенапряжений пробивается S₁ и S₂. Через них протекает импульсный ток и сопровож­дающий ток промышленной частоты. Температура повышается, проис­ходит интенсивное газовыделение. Давление повышается до десятков атмосфер. Газ выходит через открытый электрод 3. Создается продоль­ное дутье. Дуга выдувается наружу. При переходе тока через 0 дуга гас­нет. Из-за недостатков (см. ВСХ) РТ не применяются для защиты ответ­ственного оборудования.

Наиболее широкое распространение в сетях высокого напря­жения получили вентильные разрядники (РВ), которые имеют пологую ВСХ. Они состоят из нескольких искровых промежутков (ИП), вклю­ченных последовательно, последовательных нелинейных рабочих со­противлений (НС) и шунтирующих сопротивлений (R_ш).

ИП служат для отделения НС от постоянного воздействия ра­бочего напряжения и протекающего через него тока, который разрушает НС. НС служит для ограничения сопровождающего тока до величины, необходимой для гашения дуги. R_ш служит для выравнивания распреде­ления напряжения по элементарным разрядным промежуткам с целью исключения ложного срабатывания разрядника.

РВ ограничивает перенапряжения и гасит дугу сопровождаю­щего тока без отключения сети или подстанции.

После гашения дуги разрядник возвращается в исходное со­стояние и готов к повторной работе. Число срабатываний РВ 20 или 50.

В простейших РВ (типа РВС, РВП) ток гашения дуги составля­ет 80 А. Более современные РВ имеют ток гашения дуги 250 А.

Материалами НС являются вилит и тервит. Вольт-амперная ха­рактеристика их описывается выражением

,

где - коэффициент вентильности; К - постоянная.

Для вилита = 0,11 0,2; для тервита = 0,15 0,25.

РВ делятся на 4 группы. Наилучшими защитными свойствами обладают РВ I группы, но и более дорогие.

IV группа — РВП (подстанционные),

III группа — РВС (станционные),

II группа — РВМ (магнито-вентильные), РВМГ (магнито-вентильные, грозовые),

I группа — РВТ (токоограничивающие) РВРД (с растягивающейся дугой).

Существенное улучшение защитных характеристик может быть достигнуто при отказе от использования ИП. Для этого требуются материалы с резко нелинейной ВАХ. Этим требованиям отвечает мате­риал на основе оксида цинка, из которого изготавливают нелинейные резисторы — варисторы. Защитные устройства на их основе носят на­звание нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН). Коэффици­ент нелинейности ОПН составляет = 0,02 0,1. ОПН собираются из от­дельных дисков (варисторов), которые помещаются в герметичный фарфоровый корпус.

ОПН подключаются непосредственно к сети и заземляются через регистратор срабатываний. Малый коэффициент нелинейности ОПН позволяет глубоко ограничивать перенапряжения и применять их в сетях сверхвысокого и ультравысокого классов напряжений.