Краткие теоретические сведения. Разрядники используются для защиты электрической изоляции контактной сети от опасных воздействий перенапряжений

Разрядники используются для защиты электрической изоляции контактной сети от опасных воздействий перенапряжений.

Основными элементами разрядников являются искровые промежутки (воздушные промежутки между электродами) или искровые промежутки с последовательно включёнными нелинейными сопротивлениями. Искровые промежутки включаются между фазой и землёй параллельно защищаемой изоляции. Одной из важных характеристик всякого разрядника является вольт – секундная характеристика его промежутка. Вольт – секундная характеристика представляет собой зависимость импульсных разрядных напряжений от предразрядного времени. В нормальном режиме работы разрядники не имеют замкнутой электрической цепи, так как являются воздушным диэлектриком, и ток через них не проходит. Когда перенапряжение достигает величины, определяемой вольт – секундной характеристикой разрядника, происходит его срабатывание, т.е. промежуток разрядника пробивается, соединяя фазу защищаемой изоляции с землёй и отводя электрические заряды опасной волны перенапряжений в землю через искровой разряд.

Вольт – секундная характеристика разрядника должна располагаться ниже вольт – секундной характеристики изоляции. В силу этого опасная волна перенапряжений приводит к срабатыванию разрядника и отводится через разряд искрового промежутка в землю, а провод линии соединяется с землёй. Как только заряды опасной волны перенапряжений линии будут отведены в землю, а потенциал на защищаемом участке линии снизится до безопасного уровня, через разрядник начинает проходить ток, поддерживаемый рабочим напряжением установки и представляющий собой ток короткого замыкания на землю. Протекающий через разрядник ток при рабочем напряжении промышленной частоты носит название сопровождающего тока.

В искровом разряднике нет устройства для гашения дуги сопровождающего тока и, поэтому ток поддерживается до тех пор, пока не отключится выключатель. После отключения выключателя линия обесточивается и прерывается электроснабжение потребителя.

Искровой разрядник (защитный промежуток) является простейшей конструкцией разрядника, в которой воздушный промежуток создаётся между двумя электродами, выполненными в виде рогов (роговые разрядники). В таких промежутках образующаяся электрическая дуга под действием электродинамических сил и потоков воздуха перемещается вверх по электродам, растягивается и гаснет. Один из электродов разрядника присоединяется к защищаемой изоляции линии контактной сети, а другой заземляется. На контактной сети один искровой промежуток может перекрываться птицами, садящимися на электроды. Для предотвращения таких перекрытий используют роговые разрядники с двумя последовательными искровыми промежутками, величина каждого воздушного промежутка у такого рогового разрядника составляет при номинальном напряжении 3 кВ – 5⁺¹ мм, а при напряжении 27,5 кВ – 45⁺⁵ мм.

Основным недостатком роговых разрядников является отсутствие устройства для гашения дуги сопровождающего тока. В связи с этим такие разрядники рекомендуется устанавливать только на тех участках, которые оборудованы автоматикой повторного включения.

Несмотря на отмеченные недостатки, роговые разрядники в силу своей простоты и дешевизны находят широкое применение в схемах защиты от перенапряжений [5]. Распространению таких разрядников способствует наличие и развитие электрических сетей, обеспечивающих взаимное резервирование, развитие и совершенствование системной автоматики и мероприятия по ограничению перенапряжений.

Трубчатые разрядники отличаются от защитных искровых промежутков прежде всего тем, что они самостоятельно гасят дугу сопровождающего тока (обычно газами, выделяющимися из газогенерирующего вещества трубки под действием дуги) в течение короткого времени, которое меньше, чем время срабатывания релейной защиты. Благодаря этому линии при работе трубчатых разрядников не отключаются. Основу разрядника составляет полая изоляционная трубка, её внутренние стенки выполнены из твёрдого газогенерирующего вещества, которое под действием высокой температуры дуги выделяет большое количество газов. В качестве такого материала применяется фибра, винипласт, органическое стекло. Внутренний разрядный промежуток легко регулируется. Между электродом разрядника и токоведущей частью защищаемого участка линии выполняется внешний (наружный) искровой промежуток, служащий для отделения разрядника в нормальных условиях работы от рабочего (номинального) напряжения токоведущей части. Наличие этого промежутка устраняет возможность появления токов утечки по поверхности разрядника, которые с течением времени могли бы ухудшить состояние поверхности и вызвать по ней перекрытие трубки.

Работа разрядника состоит в следующем. После пробоя внешнего отделительного промежутка импульсной волной перенапряжения, пробивается внутренний промежуток и опасная волна перенапряжений отводится в землю, а под действием дуги сопровождающего тока внутри трубки в промежутке создаётся интенсивное газообразование. Давление газов в трубке резко возрастает до нескольких десятков и сотен атмосфер (50-150 ат). Газы, устремляясь к открытому концу, создают интенсивное продольное дутьё, обеспечивающее гашение дуги сопровождающего тока при первом прохождении тока через ноль. Наличие объёма помогает гашению дуги, так как во время работы разрядника воздух в этом объёме сжимается под действием давления газов в трубке, а при приближении тока к нулевому значению, когда генерация газа уменьшается и давление его в промежутке стремится понизиться, сжатый в свободном объёме воздух поддерживает необходимое давление, создавая дополнительное дутьё газов.

Выход газов из трубки сопровождается сильным звуком и выхлопом раскалённых газов. Во избежание дугового перекрытия с разрядника на землю или токоведущую часть другой фазы, необходимо обеспечить около разрядника свободную зону.

После погасания дуги разрядник в состоянии справиться со следующим разрядом и гашением дуги, так как трубчатые разрядники рассчитываются на многократную работу, допуская до трёх-четырёх срабатываний подряд.

Ограничители перенапряжений (ОПН) предназначены для защиты кон­тактной сети постоянного и переменного тока электрифицированных желез­ных дорог от грозовых перенапряжений и устанавливаются в местах, где предусмотрено применение роговых разрядников. При появлении в контакт­ной сети грозового перенапряжения, опасного для оборудования, вследствие высокой нелинейности сопротивления резисторов, через ограничитель про­текает значительный импульсный ток, в результате чего величина перена­пряжения снижается до уровня, безопасного для изоляции контактной сети.

Нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН) не имеют искровых промежутков. Степень нелинейности их рабочих сопротивлений такова, что они выдерживают длительное воздействие рабочего напряжения, пропуская ток, измеряемый долями миллиампера. При перенапряжениях ток увеличивается до сотен и тысяч ампер, что и приводит к ограничению перенапряжений. Эта особенность ОПН определяет возможность значительно более глубокого ограничения перенапряжений, чем при использовании разрядников.

Ограничитель перенапряжений представляет собой защитный аппарат, содержащий оксидно-цинковые высоконелинейные резисторы, заключенные в герметичную покрышку (герметичность обеспечивается резиновыми уплотнительными кольцами). Ограничитель снабжен предохранительным уст­ройством, обеспечивающим взрывобезопасность ОПН при протекании тока короткого замыкания.

Ввиду того, что не исключена возможность повреждения ОПН (например, током прямого удара молнии, превышающем пропускную способность ОПН), контактная сеть может оказаться заземлённой через повреждённый ограничитель. Поэтому до накопления опыта эксплуатации и получения достаточных данных о вероятности повреждений подключение ОПН к контактной сети производится через роговой разрядник с одним разрывом, замкнутым медной проволокой диаметром 1,4мм. Величина зазора между роговыми электродами составляет 102мм на постоянном токе и 80+5мм на переменном токе.

В случае повреждения ограничителя проволока сгорает, ограничитель отключается от контактной сети. При повторном включении контактная сеть остаётся в рабочем состоянии. Роговый разрядник продолжает осуществлять свои функции по защите, а повреждённый ограничитель выявляется при первом осмотре контактной сети.

Применение ОПН на контактной сети позволяет повысить надёжность изоляции контактной сети за счёт снижения уровня грозовых перенапряжений; исключить срабатывания фидерных выключателей тяговых подстанций и постов секционирования при грозовых воздействиях и снизить расходы на их обслуживание; сократить эксплуатационные расходы на обслуживание ОПН по сравнению с роговыми и рубчатыми разрядниками на 85-90%.

Места установки разных типов разрядников указаны в [5].

Порядок выполнения

1. Ознакомиться с конструкцией заданного типа разрядника. Зарисовать конструкцию.

2. Дать описание принципа действия разрядника, используя вольт – секундные характеристики.

3. Охарактеризовать места установки разрядников.

Содержание отчета

1. Описание конструкции заданного типа разрядника. Рисунок.

2. Описание принципа действия разрядника на основе вольт-секундной характеристики.

3. Характеристика мест установки разрядников

4. Выводы.

Контрольные вопросы

 

1. Как защищается контактная сеть от перенапряжений.

2.Как работают роговые разрядники?

3. Какова величина искровых промежутков роговых разрядников для постоянного и переменного токов?

4.Как работают трубчатые разрядники?

5. Как работают ограничители перенапряжений?

6. В каких местах устанавливают разрядники и ограничители перенапряжений при постоянном и переменном токе?

 

Практическое занятие № 16