для чего предназначен вентильный разрядник
Вентильный разрядник
Назначение вентильного разрядника, его основные характеристики. Принцип его действия вентильного разрядника
Вентильный разрядник используют для защиты линий и оборудования подстанций от перенапряжений.
Вентильный разрядник, как защитное устройство, выполняет две функции:
Вентильный разрядник состоит из двух основных компонентов: многократного искрового промежутка (состоящего из нескольких единичных, рис. 1) и рабочего резистора (состоящего из последовательного набора вилитовых 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.
Рис. 1 Единичный искровой промежуток с неподвижной дугой
Простейший единичный промежуток (рис. 1) состоит из двух латунных электродов 1, разделенных миканитовой шайбой 2. Электрическое поле между электродами близко к однородному. При приложении к промежутку 3 напряжения в воздушных прослойках между поверхностью электродов и миканитом из-за разницы диэлектрических проницаемостей воздуха и миканита возникает высокая напряженность поля и начинается ионизация, снабжающая начальными электронами межэлектродное пространство. Промежуток в результате этого пробивается при коэффициентах импульса, близких к единице, за десятые доли микросекунд (активизация промежутка).
Вентиль обладает особенным свойством – его сопротивление нелинейно – оно падает с увеличением значения силы тока. Это свойство позволяет пропустить больший ток при меньшем падении напряжения. Благодаря этому свойству вентильные разрядники и получили свое название. Среди прочих преимуществ вентильных разрядников следует отметить бесшумность срабатывания и отсутствие выбросов газа или пламени.
Основным аппаратом защиты от набегающих волн является вентильный разрядник (РВ), у которого разрядное напряжение искрового промежутка и остающееся напряжение при токах координации не менее чем на 10% ниже гарантированной прочности защищаемой изоляции при полном импульсе.
Рис. 2 Принципиальная схема грозозащиты подстанций
Принципиальная схема грозозащиты подстанций с помощью вентильного разрядника приведена на рис. 2.
Вентильные разрядники: принцип действия и характеристики
Устройство и принцип действия вентильных разрядников
Основными элементами вентильного разрядника являются искровой промежуток и нелинейный последовательный резистор, которые включаются последовательно между токоведущим проводом и землей параллельно защищаемой изоляции.
При воздействии на разрядник импульса грозового перенапряжения его искровой промежуток пробивается и через разрядник проходит ток. Разрядник таким образом вводится в работу. Напряжение, при котором пробиваются искровые промежутки, называется пробивным напряжением разрядника.
После пробоя искрового промежутка напряжение на разряднике, а значит, и на защищаемой им изоляции снижается до величины, равной произведению импульсного тока I и на сопротивление последовательного резистора Rи. Это напряжение называется остающимся напряжением Uосн. Его величина не остается постоянной, а изменяется вместе с изменением величины импульсного тока I и, проходящего через разрядник. Однако в течение всего времени работы разрядника остающееся напряжение не должно повышаться до величины, опасной для защищаемой изоляции.
Рис. 1. Электрическая схема включения вентильных разрядников. ИП — искровой промежуток, Rн — сопротивление нелинейного последовательного резистора, U — импульс грозового перенапряжения, И — изоляция защищаемого объекта.
После прекращения протекания импульсного тока через разрядник продолжает проходить ток, обусловленный напряжением промышленной частоты. Этот ток называется сопровождающим. Искровые промежутки разрядника должны обеспечить надежное гашение дуги сопровождающего тока при первом прохождении его через нуль.
Рис. 2. Форма импульса напряжения до и после срабатывания вентильного разрядника. t р — время срабатывания разрядника (время разряда), I и — импульсный ток разрядника.
Напряжение гашения вентильных разрядников
Надежность гашения дуги искровым промежутком зависит от величины напряжения промышленной частоты на разряднике в момент гашения сопровождающего тока. Максимальная величина напряжения, при которой искровые промежутки разрядников надежно разрывают сопровождающий ток, называется наибольшим допустимым напряжением или напряжением гашения Uгаш.
Для разрядников, работающих в сетях с изолированной нейтралью, напряжение гашения принимается равным U гаш =1,1 х 1,73 х U ф = 1,1 U н, где U ф — рабочее фазное напряжение.
При этом учитывается возможность повышения напряжения на неповрежденных фазах до линейного при замыкании одной фазы на землю и еще на 10% из-за регулирования напряжения потребителя. Следовательно, наибольшее рабочее напряжение разрядника составляет 110% номинального линейного напряжения Uном.
Для разрядников, работающих в сетях с глухо заземленной нейтралью, напряжение гашения составляет 1,4 U ф, т. е. 0,8 номинального линейного напряжения сети: U гаш = 1,4 U ф = 0,8 U ном. Поэтому такие разрядники иногда называются 80%-ными.
Искровые промежутки вентильных разрядников
Искровые промежутки вентильных разрядников должны удовлетворять следующим требованиям: иметь стабильное пробивное напряжение при минимальных разбросах, иметь пологую вольт-секундную характеристику, не изменять свое пробивное напряжение после многократных срабатываний, гасить дугу сопровождающего тока при первом переходе его через нулевое значение. Этим требованиям удовлетворяют многократные искровые промежутки, которые собираются из единичных искровых промежутков с малыми воздушными зазорами. Единичные искровые промежутки включаются последовательно и на каждый из них при наибольшем допустимом напряжении приходится около 2 кВ.
Деление дуги на короткие дуги в единичных искровых промежутках повышает дугогасящие свойства вентильного разрядника, что объясняется интенсивным охлаждением дуги и большим падением напряжения у каждого электрода (эффект катодного падения напряжения).
Для эффективной защиты изоляции вольт-секундная характеристика ее должна лежать выше вольт-секундной характеристики разрядника. Сдвиг вольт-секундных характеристик необходим для того, чтобы сохранить надежность защиты при случайном ослаблении изоляции в эксплуатации, а также из-за наличия зон разброса разрядных напряжений как у самого разрядника, так и у защищаемой изоляции.
Вольт-секундная характеристика разрядника должна иметь пологую форму. Если она будет крутой, как это показано на рис. 3 пунктиром, то это приведет к тому, что разрядник потеряет универсальность, так как для каждого вида оборудования, обладающего индивидуальной вольт-секундной характеристикой, потребуется свой специальный разрядник.
Рис. 3. Вольт-секундные характеристики вентильных разрядников и защищаемой ими изоляции.
Кроме того, последовательно включенное карборундовое сопротивление, являясь активным сопротивлением, уменьшает сдвиг по фазе между сопровождающим током и напряжением, а при одновременном переходе их через нулевое значение гашение дуги облегчается.
С повышением напряжения величина сопротивления запорных слоев падает, что обеспечивает прохождение больших токов при относительно небольших падениях напряжения.
HTML clipboard Зависимость напряжения на разряднике от величины проходящего через него тока (вольт-амперная характеристика) приближенно выражается уравнением:
где U — напряжение на сопротивлении нелинейного резистора вентильного разрядника, I — ток, проходящий через нелинейный резистор, С — постоянная, численно равная сопротивлению при токе 1 А, α — коэффициент вентильности.
Чем меньше коэффициент α, тем меньше изменяется напряжение на нелинейном резисторе при изменении проходящего через него тока и тем меньше остающееся напряжение на вентильном разряднике.
Для повышения защитных свойств вентильного разрядника нужно снижать остающееся напряжение, чего можно достичь уменьшением коэффициента вентильности α 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.
После тщательного осмотра разрядники устанавливают на опорные конструкции, выверяют по уровню и отвесу с подкладкой в необходимых случаях под цоколь отрезков из листовой стали и закрепляют на опорах с помощью хомута болтами.
Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!
Подписывайтесь на наш канал в Telegram!
Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.
Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:
Вентильные разрядники: принцип действия и характеристики
10 января 2012 в 14:00
Устройство и принцип действия вентильных разрядников
Основными элементами вентильного разрядника являются искровой промежуток и нелинейный последовательный резистор, которые включаются последовательно между токоведущим проводом и землей параллельно защищаемой изоляции.
При воздействии на разрядник импульса грозового перенапряжения его искровой промежуток пробивается и через разрядник проходит ток. Разрядник таким образом вводится в работу. Напряжение, при котором пробиваются искровые промежутки, называется пробивным напряжением разрядника.
После пробоя искрового промежутка напряжение на разряднике, а значит, и на защищаемой им изоляции снижается до величины, равной произведению импульсного тока Iи на сопротивление последовательного резистора Rи. Это напряжение называется остающимся напряжением Uосн. Его величина не остается постоянной, а изменяется вместе с изменением величины импульсного тока Iи, проходящего через разрядник. Однако в течение всего времени работы разрядника остающееся напряжение не должно повышаться до величины, опасной для защищаемой изоляции.
Рис. 1. Электрическая схема включения вентильных разрядников. ИП — искровой промежуток, Rн — сопротивление нелинейного последовательного резистора, U — импульс грозового перенапряжения, И — изоляция защищаемого объекта.
После прекращения протекания импульсного тока через разрядник продолжает проходить ток, обусловленный напряжением промышленной частоты. Этот ток называется сопровождающим. Искровые промежутки разрядника должны обеспечить надежное гашение дуги сопровождающего тока при первом прохождении его через нуль.
Рис. 2. Форма импульса напряжения до и после срабатывания вентильного разрядника. tр — время срабатывания разрядника (время разряда), Iи — импульсный ток разрядника.
Напряжение гашения вентильных разрядников
Надежность гашения дуги искровым промежутком зависит от величины напряжения промышленной частоты на разряднике в момент гашения сопровождающего тока. Максимальная величина напряжения, при которой искровые промежутки разрядников надежно разрывают сопровождающий ток, называется наибольшим допустимым напряжением или напряжением гашения Uгаш.
Для разрядников, работающих в сетях с изолированной нейтралью, напряжение гашения принимается равным Uгаш=1,1 х 1,73 х Uф = 1,1 Uн, где Uф — рабочее фазное напряжение.
При этом учитывается возможность повышения напряжения на неповрежденных фазах до линейного при замыкании одной фазы на землю и еще на 10% из-за регулирования напряжения потребителя. Следовательно, наибольшее рабочее напряжение разрядника составляет 110% номинального линейного напряжения Uном.
Для разрядников, работающих в сетях с глухо заземленной нейтралью, напряжение гашения составляет 1,4 Uф, т. е. 0,8 номинального линейного напряжения сети: Uгаш = 1,4 Uф = 0,8 Uном. Поэтому такие разрядники иногда называются 80%-ными.
Искровые промежутки вентильных разрядников
Искровые промежутки вентильных разрядников должны удовлетворять следующим требованиям: иметь стабильное пробивное напряжение при минимальных разбросах, иметь пологую вольт-секундную характеристику, не изменять свое пробивное напряжение после многократных срабатываний, гасить дугу сопровождающего тока при первом переходе его через нулевое значение. Этим требованиям удовлетворяют многократные искровые промежутки, которые собираются из единичных искровых промежутков с малыми воздушными зазорами. Единичные искровые промежутки включаются последовательно и на каждый из них при наибольшем допустимом напряжении приходится около 2 кВ.
Деление дуги на короткие дуги в единичных искровых промежутках повышает дугогасящие свойства вентильного разрядника, что объясняется интенсивным охлаждением дуги и большим падением напряжения у каждого электрода (эффект катодного падения напряжения).
Для эффективной защиты изоляции вольт-секундная характеристика ее должна лежать выше вольт-секундной характеристики разрядника. Сдвиг вольт-секундных характеристик необходим для того, чтобы сохранить надежность защиты при случайном ослаблении изоляции в эксплуатации, а также из-за наличия зон разброса разрядных напряжений как у самого разрядника, так и у защищаемой изоляции.
Вольт-секундная характеристика разрядника должна иметь пологую форму. Если она будет крутой, как это показано на рис. 3 пунктиром, то это приведет к тому, что разрядник потеряет универсальность, так как для каждого вида оборудования, обладающего индивидуальной вольт-секундной характеристикой, потребуется свой специальный разрядник.
Рис. 3. Вольт-секундные характеристики вентильных разрядников и защищаемой ими изоляции.
Нелинейный последовательный резистор. К нему предъявляются два противоположных требования: в тот момент, когда через него проходит ток молнии, его сопротивление должно уменьшаться; тогда же когда через него проходит сопровождающий ток промышленной частоты, оно должно, наоборот, увеличиваться. Таким требованиям удовлетворяет карборундовое сопротивление, которое изменяется в зависимости от приложенного к нему напряжения: чем выше приложенное напряжение, тем ниже его сопротивление и, наоборот, чем ниже приложенное напряжение, тем больше его сопротивление.
Кроме того, последовательно включенное карборундовое сопротивление, являясь активным сопротивлением, уменьшает сдвиг по фазе между сопровождающим током и напряжением, а при одновременном переходе их через нулевое значение гашение дуги облегчается.
С повышением напряжения величина сопротивления запорных слоев падает, что обеспечивает прохождение больших токов при относительно небольших падениях напряжения.
HTML clipboardЗависимость напряжения на разряднике от величины проходящего через него тока (вольт-амперная характеристика) приближенно выражается уравнением:
где U — напряжение на сопротивлении нелинейного резистора вентильного разрядника, I — ток, проходящий через нелинейный резистор, С — постоянная, численно равная сопротивлению при токе 1 А, α — коэффициент вентильности.
Чем меньше коэффициент α, тем меньше изменяется напряжение на нелинейном резисторе при изменении проходящего через него тока и тем меньше остающееся напряжение на вентильном разряднике.
Величины остающихся напряжений, приводимые в паспорте вентильного разрядника, даются для нормированных импульсных токов. Величины этих токов лежат в пределах 3 000—10000 А.
Для повышения защитных свойств вентильного разрядника нужно снижать остающееся напряжение, чего можно достичь уменьшением коэффициента вентильности α 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 оборудованиязаземление, величина его нормируется в зависимости от уровня изоляции оборудования.
Онлайн журнал электрика
Статьи по электроремонту и электромонтажу
Вентильные разрядники: принцип действия и характеристики
Устройство и принцип деяния вентильных разрядников
Основными элементами вентильного разрядника являются искровой просвет и нелинейный поочередный резистор, которые врубаются поочередно меж токоведущим проводом и землей параллельно защищаемой изоляции.
При воздействии на разрядник импульса грозового перенапряжения его искровой просвет пробивается и через разрядник проходит ток. Разрядник таким макаром вводится в работу. Напряжение, при котором пробиваются искровые промежутки, именуется пробивным напряжением разрядника.
После пробоя искрового промежутка напряжение на разряднике, а означает, и на защищаемой им изоляции понижается до величины, равной произведению импульсного тока I и на сопротивление поочередного резистора Rи. Это напряжение именуется остающимся напряжением Uосн. Его величина не остается неизменной, а меняется совместно с конфигурацией величины импульсного тока I и, проходящего через разрядник. Но в течение всего времени работы разрядника остающееся напряжение не должно повышаться до величины, небезопасной для защищаемой изоляции.
Рис. 1. Электронная схема включения вентильных разрядников. ИП — искровой просвет, Rн — сопротивление нелинейного поочередного резистора, U — импульс грозового перенапряжения, И — изоляция защищаемого объекта.
После прекращения протекания импульсного тока через разрядник продолжает проходить ток, обусловленный напряжением промышленной частоты. Этот ток именуется провождающим. Искровые промежутки разрядника должны обеспечить надежное гашение дуги провождающего тока при первом прохождении его через нуль.
Рис. 2. Форма импульса напряжения до и после срабатывания вентильного разрядника. t р — время срабатывания разрядника (время разряда), I и — импульсный ток разрядника.
Напряжение гашения вентильных разрядников
Надежность гашения дуги искровым промежутком находится в зависимости от величины напряжения промышленной частоты на разряднике в момент гашения провождающего тока. Наибольшая величина напряжения, при которой искровые промежутки разрядников накрепко разрывают провождающий ток, именуется большим допустимым напряжением либо напряжением гашения Uгаш.
Для разрядников, работающих в сетях с изолированной нейтралью, напряжение гашения принимается равным U гаш =1,1 х 1,73 х U ф = 1,1 U н, где U ф — рабочее фазное напряжение.
При всем этом учитывается возможность увеличения напряжения на неповрежденных фазах до линейного при замыкании одной фазы на землю и еще на 10% из-за регулирования напряжения потребителя. Как следует, наибольшее рабочее напряжение разрядника составляет 110% номинального линейного напряжения Uном.
Для разрядников, работающих в сетях с глухо заземленной нейтралью, напряжение гашения составляет 1,4 U ф, т. е. 0,8 номинального линейного напряжения сети: U гаш = 1,4 U ф = 0,8 U ном. Потому такие разрядники время от времени именуются 80%-ными.
Искровые промежутки вентильных разрядников
Искровые промежутки вентильных разрядников должны удовлетворять последующим требованиям: иметь размеренное пробивное напряжение при малых разбросах, иметь пологую вольт-секундную характеристику, не изменять свое пробивное напряжение после неоднократных срабатываний, гасить дугу провождающего тока при первом переходе его через нулевое значение. Этим требованиям удовлетворяют неоднократные искровые промежутки, которые собираются из единичных искровых промежутков с малыми воздушными зазорами. Единичные искровые промежутки врубаются поочередно и на любой из их при самом большом допустимом напряжении приходится около 2 кВ.
Деление дуги на недлинные дуги в единичных искровых промежутках увеличивает дугогасящие характеристики вентильного разрядника, что разъясняется насыщенным остыванием дуги и огромным падением напряжения у каждого электрода (эффект катодного падения напряжения).
Напряжение пробоя искровых промежутков вентильного разрядника при воздействии атмосферных перенапряжений определяются его вольт-секундной чертой, т. е. зависимостью времени разряда от амплитуды импульса перенапряжения. Время разряда — это время от начала воздействия импульса перенапряжения до пробоя искрового промежутка разрядника.
Для действенной защиты изоляции вольт-секундная черта ее должна лежать выше вольт-секундной свойства разрядника. Сдвиг вольт-секундных черт нужен для того, чтоб сохранить надежность защиты при случайном ослаблении изоляции в эксплуатации, также из-за наличия зон разброса разрядных напряжений как у самого разрядника, так и у защищаемой изоляции.
Вольт-секундная черта разрядника обязана иметь пологую форму. Если она будет крутой, как это показано на рис. 3 пунктиром, то это приведет к тому, что разрядник растеряет универсальность, потому что для каждого вида оборудования, владеющего персональной вольт-секундной чертой, будет нужно собственный особый разрядник.
Рис. 3. Вольт-секундные свойства вентильных разрядников и защищаемой ими изоляции.
Не считая того, поочередно включенное карборундовое сопротивление, являясь активным сопротивлением, уменьшает сдвиг по фазе меж провождающим током и напряжением, а при одновременном переходе их через нулевое значение гашение дуги облегчается.
С увеличением напряжения величина сопротивления запорных слоев падает, что обеспечивает прохождение огромных токов при относительно маленьких падениях напряжения.
HTML clipboard Зависимость напряжения на разряднике от величины проходящего через него тока (вольт-амперная
черта) приближенно выражается уравнением:
где U — напряжение на сопротивлении нелинейного резистора вентильного разрядника, I — ток, проходящий через нелинейный резистор, С — неизменная, численно равная сопротивлению при токе 1 А, α — коэффициент вентильности.
Чем меньше коэффициент α, тем меньше меняется напряжение на нелинейном резисторе при изменении проходящего через него тока и тем меньше остающееся напряжение на вентильном разряднике.
Каждый импульс тока оставляет в поочередном резисторе след разрушения — происходит пробой запорного слоя отдельных зернышек карборунда. Неоднократное прохождение импульсов тока приводит к полному пробою резистора и разрушению разрядника. Полный пробой резистора наступает тем быстрее, чем больше амплитуда и длина импульса тока. Потому пропускная способность вентильного разрядника ограничена. При оценке пропускной возможности вентильных разрядников учитывается пропускная способность и поочередных резисторов и искровых промежутков.
Резисторы должны выдерживать без повреждения 20 импульсов тока продолжительностью 20/40 мкс с амплитудой, зависящей от типа разрядника. К примеру, для разрядников типов РВП и РВО напряжением 3 — 35 кВ амплитуда тока равна 5000 А, типа РВС напряжением 16 — 220 кВ — 10 000 А и типов РВМ и РВМГ напряжением 3 — 500 кВ — 10000 А.
Для увеличения защитных параметров вентильного разрядника необходимо снижать остающееся напряжение, чего можно достигнуть уменьшением коэффициента вентильности α поочередного нелинейного резистора при одновременном повышении дугогасящих параметров искровых промежутков.
Увеличение дугогасящих параметров искровых промежутков дает возможность прирастить провождающий ток, обрываемый ими, а как следует, позволяет уменьшить сопротивление поочередного резистора. Техническое усовершенствование вентильных разрядников в текущее время идет конкретно этими способами.
Необходимо подчеркнуть, что в схеме вентильного разрядника принципиальное значение имеет заземляющее устройство. При отсутствии заземления разрядник работать не может.
Заземления вентильного разрядника и защищаемого им оборудований соединяются воединыжды. В тех случаях, когда вентильный разрядник по любым причинам имеет отдельное от защищаемого оборудования заземление, величина его нормируется зависимо от уровня изоляции оборудования.