Вентильные разрядники I и II групп

Цель работы: изучить конструкцию и основные характеристики вентильных разрядников I и II групп, которые применяются для защиты изоляции электрооборудования станций и подстанции от грозовых и внутренних перенапряжений.

 

Для защиты изоляции электрооборудования станций и подстанций, а также линий электропередач от грозовых и коммутационных перенапряжений применяются защитные промежутки, трубчатые разрядники, вентильные разрядники и ограничители перенапряжений. Пока основным средством защиты изоляции электрооборудования станции и подстанции являются вентильные разрядники. Защитные промежутки и трубчатые разрядники используются лишь как дополнительное средство. Для пояснения этого на рис.1 приведены вольт-секундные характеристики изоляции и защитных аппаратов (все рисунки методических указаний взяты из программ, в таком виде они изображаются на экране монитора).

 

Рис. 1. Вольт-секундные характеристики:1-вентильного разрядника;
2-изоляции; 3-трубчатого разрядника и защитного промежутка

 

Вольт-секундная характеристика вентильного разрядника хорошо согласуется с вольт-секундной характеристикой изоляции и должна лежать на 20-25 % ниже ее. А вот защитный промежуток и трубчатый разрядник не могут защитить изоляцию во всем диапазоне волн. Поэтому вентильные разрядники должны быть установлены на всех подстанциях 35 кВ и выше, если к ним подходят воздушные линии электропередач (ЛЭП).

Основными элементами вентильного разрядника (рис.2) являются многократный искровой промежуток (ИП) и соединенный последовательно с ним резистор (НР) с нелинейной вольт-амперной характеристикой (рис.4). При набегании на разрядник грозового импульса происходит пробой искрового промежутка (рис.3) и к изоляции защищаемого электрооборудования прикладывается напряжение равное падению напряжения на нелинейном сопротивлении при протекании через него импульсного тока (остающееся напряжение U_ост), безопасное для изоляции. Затем искровой промежуток должен разорвать дугу, возникшую при протекании по образовавшемуся каналу тока промышленной частоты.

Рис. 2. Защита изоляции электрооборудования подстанции вентильным разрядником

 

Рис. 3. Срабатывание разрядника при набегании грозовой волны

 

Все вентильные разрядники согласно ГОСТ 16357-83 разделены на четыре группы:

I. РВТ, РВРД.

II. РВМ, РВМГ, РВМК.

III. РВС.

IV. РВО.

Лучшими защитными свойствами обладают разрядники I группы, худшими – IV группы.

Основу нелинейного резистора разрядника составляет порошок электротехнического карборунда SiC. На поверхности зерен карборунда имеется запорный слой из окиси кремния, сопротивление которого нелинейно и зависит от напряженности электрического поля. Свойство материала менять свое сопротивление в зависимости от напряжения называют «вентильным». Отсюда и название аппарата: вентильный разрядник.

В разрядниках применяются диски из вилита и тервита. Вилитовые диски изготавливают из зерен карбита кремния и связующего (эмульсии мела в жидком стекле). Из этой массы прессуют диски и обжигают при температуре 380 ^oC.

При изготовлении тервитовых дисков в качестве связующего используется эмульсия глинозема в жидком стекле. Тервитовые диски обжигаются при температуре 1280-1300 ^oC. При этом часть запорных пленок выгорает, что повышает пропускную способность материала, но уменьшает степень нелинейности. Поэтому тервит можно использовать для гашения коммутационных токов.

На рис.4 приведены вольт-амперная и ом-амперная характеристики вилитового диска.

 

Рис. 4. Вольт-амперная (1) и ом-амперная (2) характеристики вилитового диска

 

Конструкция искрового промежутка зависит от группы разрядника. Простейший искровой промежуток (рис.5) имеют разрядники III и IV групп, отличающийся только диаметром электродов.

 

 

Рис. 5. Единичный искровой промежуток разрядников III группы

 

На рис.6 изображен искровой промежуток разрядников II группы с магнитным гашением.

Рис. 6. Конструкция искрового промежутка с вращающейся дугой

 

Он состоит из двух медных электродов (диска и кольца), расположенных между кольцевыми постоянными магнитами. Пробой промежутка происходит в самом узком месте, а затем дуга под действием магнитного поля начинает вращаться, хорошо охлаждается и гаснет при первом прохождении тока через ноль. Такой промежуток способен погасить ток до 250 А.

Еще большие токи способны разрывать искровые промежутки разрядников I группы (рис. 7). Искровой промежуток состоит из двух медных электродов и керамической камеры, расположенной между кольцевыми постоянными магнитами. Дуга загорается в узком месте, под действием магнитного поля растягивается, загоняется в узкие щели, интенсивно деионизируется и гасится. Разрядники I группы способны гасить токи до 800 А.

Рис. 7. Конструкция искрового промежутка разрядника РВРД (I группа)