Вентильные разрядники, их конструкция и основные характеристики

Основными элементами вентильного разрядника являются: многократный искровой промежуток (ИП) и соединенный последовательно с ним, резистор (НС) с нелинейной вольт-амперной характеристикой. При воздействии на разрядник, например, волны атмосферного происхождения возникает импульсный пробой его искровых промежутков при напряжении (импульсное пробивное напряжение) и между проводом и землей включается нелинейное сопротивление. Проходящий при этом через разрядник импульсный ток создает на сопротивлении разрядника падение напряжения (остающееся напряжение). Благодаря нелинейной характеристике материала, из которого выполнено сопротивление, это напряжение мало меняется при существенном изменении импульсного тока (рис.1, б) и незначительно отличается от _.

а б

Рис. 1. Принципиальная схема разрядника (а) и его вольт-амперная характеристика (б):

Сопротивление нелинейного резистора разрядника резко возрастает при малых по величине (по сравнению с импульсными воздействиями) рабочих напряжениях, и сопровождающий ток существенно ограничивается, что приводит к гашению дуги при переходе тока через нулевое значение. Наибольшее напряжение промышленной частоты на вентильном разряднике, при котором надежно срабатывает проходящий через него сопровождающий ток, называется напряжением гашения , а сопровождающий ток – током гашения (рис.1, б). Основу нелинейного резистора разрядника составляет порошок электротехнического карборунда SiC. На поверхности зерен карборунда имеется запорный слой толщиной порядка 100 мкм из окиси кремния SiO₂. Удельное сопротивление зерен карборунда невелико – около 10^-2 Ом×м. Сопротивление запорного слоя нелинейно зависит от напряженности электрического поля. При малых напряженностях поля (при небольших напряжениях на резисторе) удельное сопротивление запорного слоя составляет 10⁴…10⁶ Ом×м, оно и определяет величину сопротивления нелинейного резистора. Искровой промежуток РВ обычно комплектуется из большого числа последовательно включенных единичных промежутков и называется многократным. Собственные емкости единичных промежутков в сочетании с емкостями элементов разрядника относительно высоковольтных и заземленных частей разрядника и электроустановки образуют цепочку емкостей, распределение напряжения по которой неравномерно. Это облегчает пробой искровых промежутков (ИП) в импульсном режиме и позволяет получить пологую вольт-секундную характеристику напряжения срабатывания (пробоя) РВ. В многократном ИП облегчается гашение электрической дуги сопровождающего тока, благодаря делению этой дуги на ряд коротких дуг. Однако в этом случае неравномерность распределения напряжения промышленной частоты сказывается неблагоприятно, поэтому ИП шунтируют омическими сопротивлениями. Это позволяет обеспечить равномерное распределение по единичным искровым промежуткам восстанавливающегося напряжения промышленной частоты. Величина шунтирующих сопротивлений выбирается таким образом, чтобы получить равномерное распределение напряжения по единичным ИП на промышленной частоте и оставить неравномерным распределение напряжения в импульсном режиме.

Рис.3. Единичные искровые промежутки вентильных разрядников:

а – с неподвижной дугой; б – с вращающейся дугой; 1 – электроды; 2 – воздушный зазор; 3 – изоляционная прокладка; 4 – подсвечивающий электрод; 5 – постоянный магнит

Эффективность действия вентильного разрядника характеризуется защитным отношением: , где -напряжение на нелинейном сопротивлении РВ при определенном импульсном токе (5…14 кА), называемом током координации.