Содержание:

В электрических сетях довольно часто наблюдается появление импульсных всплесков напряжения, вызванных различными причинами: коммутацией аппаратуры, атмосферными разрядами и прочими факторами. Несмотря на то, что такие перенапряжения носят кратковременный характер, они способны вызвать пробой изоляции с последующим коротким замыканием и разрушительными последствиями.

Одним из вариантов предотвращения негативных последствий могло бы стать использование более надежной изоляции, однако этот способ значительно увеличивает стоимость всего оборудования. Поэтому наиболее оптимальным вариантом стали разрядники, назначение которых зависит от области их применения. Основной функцией этих устройств является ограничение перенапряжений в электрических сетях и установках.

Общее устройство и принцип работы

Высокочастотное оборудование защищается не только молниеотводами, но и с помощью высоковольтных разрядников. Каждый из них состоит из двух основных частей - электродов и устройства для гашения дуги.

Один из электродов устанавливается на защищаемую цепь, а к другому подводится заземление. Между ними образуется пространство, известное как искровой промежуток. Когда достигает определенного значения, наступает пробой искрового промежутка между двумя электродами. За счет этого с защищаемого участка цепи . Основным техническим требованием, предъявляемым к разряднику, является определенный уровень гарантированной электрической прочности в условиях промышленной частоты. То есть, при нормальном режиме работы сети разрядник не должен пробиваться.

После пробоя в действие вступает дугогасительное устройство. Под действием импульса повышается ионизация искрового промежутка, в результате чего пробивается фазное напряжение, действующее в нормальном режиме. Оно приводит к короткому замыканию и срабатыванию защитных устройств на этом участке. Основной задачей дугогасительного устройства как раз и является скорейшее устранение замыкания, до срабатывания средств защиты.

Широкое распространение получили конструкции газовых разрядников. В их состав входит коаксиальный элемент с незначительным разрядным промежутком, и патрон с выводом на землю. В промежутке между ними выполняется установка газоразрядного элемента в форме таблетки, заключенного в стеклянную или керамическую оболочку и оборудованного электродами с каждой стороны. Внутреннее пространство оболочки заполнено газом - аргоном или неоном.

В случае перенапряжения происходит срабатывание защиты: под действием высокой температуры в разряднике наступает резкое падение сопротивления. После этого образуется дуговой разряд с напряжением около 10 вольт. Каждый такой разрядник оборудуется собственным заземлением, в противном случае он будет бесполезен.

Во всех газовых разрядниках центральная жила коаксиального кабеля и первый электрод соединяются между собой. Второй электрод соединяется с заземленным корпусом разрядника. Когда через устройство проходит высокий импульс с большим напряжением, происходит пробой разрядника и центральная жила кабеля в течение короткого времени шунтируется на землю. Наблюдается существенное падение значения тока, до состояния гашения дуги, после чего наступает размыкание, то есть прибор находится в непроводящем режиме.

Как правило, газоразрядная трубка считается одноразовой деталью разрядника, требующая замены после каждого срабатывания.

Технические характеристики газовых разрядников

Каждый газовый разрядник обладает специфическими электрическими свойствами и техническими характеристиками.

• Номинальный импульсный ток разряда . Технические требования, предъявляемые к разряднику, определяют его способность выдерживать определенное значение импульсного тока. Отклонение от нормы имеет допустимые пределы, определяемые требованиями. Номинальное значение тока всегда указано в технической спецификации конкретного устройства.
• Емкость и сопротивление изоляции . Данные параметры достигают, соответственно, свыше 10 гОм и менее 1 пФ, что делает такие устройства буквально незаменимыми при использовании в той или иной сети.
• Статическое напряжение срабатывания . Данным параметром определяется тип разрядника, установленного в защитном устройстве. Его значение равно напряжению, достаточному для зажигания разрядника, при условии медленного возрастания величины напряжения.
• Динамическое напряжение срабатывания . Эта величина является своеобразным пределом, когда наступает быстрый рост напряжения, при котором происходит срабатывание газового разрядника.

Виды разрядников

Трубчатый разрядник . Изготовлен в виде полихлорвиниловой трубки, предназначенной для гашения дуги. На каждом конце разрядника имеется по одному электроду. К одному электроду подводится заземление, а другой устанавливается на незначительном расстоянии от защищаемого участка.

Регулировка этого расстояния осуществляется в зависимости от величины напряжения на участке. В случае возникновения перенапряжения, возникает пробой сразу в двух местах - между обоими электродами и между разрядником и защищаемым участком. Действие пробоя приводит к возникновению в трубке интенсивной газогенерации, а продольное дутье, образующееся в выхлопном отверстии, вполне способно погасить электрическую дугу.

Вентильный разрядник . Конструкция включает две основные части: многократный искровой промежуток, состоящий из нескольких однократных элементов и рабочий резистор, представляющий собой последовательно набранные вилитовые диски. Оба основных элемента последовательно соединены между собой. Рабочий резистор обеспечивается герметичной защитой от внешней среды, в связи со свойствами вилита изменять свои характеристики при повышенной влажности. При появлении перенапряжения возникает пробой многократного искрового промежутка.

Рабочий резистор выполняет задачу снижения тока до такой величины, чтобы ее могли свободно погасить искровые промежутки. Сопротивление вилита является нелинейным, оно снижается по мере увеличения силы тока. Данное свойство дает возможность пропускать больше тока при уменьшении падения напряжения. Основным достоинством разрядников этого типа считается бесшумное срабатывание при отсутствии выбросов газа или пламени.

Магнитовентильный разрядник . В его состав входят несколько блоков, соединенных последовательно, с магнитными искровыми промежутками и вилитовыми дисками. В каждом блоке имеются единичные искровые промежутки, соединенные последовательно, и . Все элементы блока размещаются в фарфоровом цилиндре. Во время пробоя в единичных промежутках возникает дуга. На нее воздействует поле, создаваемое кольцевыми магнитами, заставляя вращаться с высокой скоростью. В результате, гашение дуги происходит гораздо быстрее, чем в других типах вентильных разрядников.

Ограничитель перенапряжения нелинейный . В этом разряднике отсутствуют искровые промежутки. Конструкция активной части ограничителя включает в себя последовательный набор . Именно на их свойствах основан принцип работы всего устройства, поскольку проводимость варисторов находится в зависимости от прилагаемого напряжения.

В процессе эксплуатации, высоковольтное оборудование может часто подвергаться перенапряжениям, возникновение которых обусловлено как внешними, так и внутренними факторами. К внешним относятся перенапряжения вызванные грозовыми разрядами, попадающими в конструкции электроустановок.

Внутренние перенапряжения, вызванные включениями или отключениями коммутационных аппаратов в распределительных устройствах энергосистем по другому называют коммутационными. Какой бы характер не носило перенапряжение, оно имеет отрицательное влияние на изоляционные характеристики оборудования, и надежность энергосистемы в целом.

Грозовые перенапряжения имеют длительность фронта импульса от 7 до 9 мкс с длительностью импульса до 22 мкс, коммутационные - длительность фронта импульса 30-100 мкс, с длительностью импульса до 200 мкс.

Как видно, эти два вида одного и того же явления имеют разные характеристики, следовательно, на изоляцию оборудования воздействую по-разному. Согласно регламентирующим документам, все электроустановки должны иметь защиту от перенапряжений.

В распределительных устройствах подстанций, для защиты высоковольтного электрооборудования применяют вентильные разрядники. Название вентильных они получили, за свое свойство быть «запертыми» при номинальных уровнях напряжений, и «открываться» при перенапряжении.

Таким образом, для защиты используется их способность «открываться» и «закрываться» подобно вентилю. Разрядники постоянно находятся в работе, они жестко присоединены к ошиновке защищаемого оборудования.

Находясь постоянно под номинальным напряжением, эти устройства имеют бесконечно большое сопротивление, и ток утечки измеряется в mA.

Если к разряднику приложить более высокое напряжение, которое может возникнуть в результате попадания грозы или включения/отключения длинной холостой линии, сопротивление становится ничтожно малым, и разрядник «открывается».

При этом он пропускает ток промышленной частоты и импульсный ток, возникший при перенапряжении, в землю, уберегая защищаемое оборудование, от импульса высокого напряжения. Именно поэтому, очень важно, чтобы разрядник имел надежное заземление и был установлен как можно ближе к защищаемому оборудованию. Это обусловлено уменьшением потенциального участка, куда могла бы попасть молния.

Разрядники, должны быть установлены без каких- либо коммутационных аппаратов. Это обусловлено тем, что излишние контактные соединения, могут нарушить электрическую связь разрядника и защищаемого оборудования и привести к его повреждению.

Типы разрядников

Для всех видов вентильных разрядников характерной особенностью является наличие искровых промежутков в совокупности с рабочими и шунтирующими резисторами. Все это помещается в фарфоровую рубашку и герметично заделывается во фланцевых соединениях с помощью армировочных растворов.

В процессе эксплуатации армировка должна быть постоянно покрыта эмалью или влагостойкой краской. Искровые промежутки изготавливаются из миканитовых шайб, их количество и соотношение с сопротивлением рабочего резистора определяется классом напряжения разрядника.

Рабочий резистор имеет нелинейное сопротивление, то есть его электрическое сопротивление резко уменьшается при поднятии напряжения до пробивного. В качестве основного материала рабочего сопротивления применяют вилитовые диски (в некоторых случаях - тервитовые). Данные материалы гигроскопичны; отсюда и вытекают жесткие требования к герметичности фарфоровой покрышки и армировочных швов.

Вентильные разрядники типа РВП, РВО, РВС, РВЭ, РВН состоят из последовательно включенных искровых промежутков и рабочего сопротивления. Способность таких разрядников гасить импульсный ток разряда ограничена способностью простых искровых промежутков гасить дугу. Поэтому, их применяют только для защиты от грозовых перенапряжений, длительность импульса которых меньше, чем у коммутационных.

Разрядники типа РВМ, РВМГ и РВРД отличаются от вышеперечисленных, магнитным гашением дуги. То есть дуга в искровом промежутке, под действием магнитного поля постоянных магнитов растягивается и гасится.

Кроме этого, в разрядниках РВМГ параллельно с искровым промежутком подключены резисторы, “берущих” на себя часть разряда. Такие разрядники защищают не только от грозовых, но и от кратковременных коммутационных перенапряжений.

В случаях, когда требуется защита от перенапряжений, вызванных коммутацией электрооборудования, например одностороннее отключение холостой линии напряжением 330 кВ и выше, применяют комбинированные магнитно-вентильные разрядники типа РВМК. Они состоят из нескольких модулей: основного, вентильного и искрового элемента.

Основной элемент состоит из искровых промежутков с и рабочих резисторов. Искровой элемент состоит из искровых промежутков, вентильный элемент только из резисторов. Разрядник РВМК-750 (1150) состоит из модулей. Каждый модуль содержит грозовую и коммутационную часть, блок шунтирующих сопротивлений и конденсаторов.

До настоящего момента на подстанциях применялись вентильные разрядники типа РВС, РВП, РВО, РВМГ, РВМК. Данные типы объединяет то, что в качестве нелинейного сопротивления в них использовали вилит и искровые промежутки.

В последнее время, их применение сокращается. На смену оборудованию, прослужившему более двух десятков лет на подстанциях отечественной энергосистемы, приходит новое, более совершенное оборудование – ограничители перенапряжений.

При коммутациях, а также вследствие атмосферных разрядов в электротехнических установках часто возникают импульсы напряжения - перенапряжения, существенно превышающие номинальное. Электрическая изоляция оборудования не должна повреждаться при этом и выбирается с соответствующим запасом. Однако возникающие перенапряжения зачастую превосходят этот запас, и изоляция тогда повреждается - пробивается, что может привести к тяжелым авариям. Для ограничения возникающих перенапряжений, а следовательно, и снижения требований к уровню электрической изоляции (снижения стоимости оборудования) применяются разрядники.

Разрядник - это электрический аппарат, искровой промежуток которого пробивается при определенном значении приложенного напряжения, ограничивая тем самым перенапряжения в установке.

Разрядник состоит из электродов с искровым промежутком между ними и дугогасительного устройства. Один из электродов присоединяется к защищаемой цепи, другой - заземляется.

Если кривая 1 (рис. 3-6) - номинальное напряжение, а кривая 3 - вольт-секундная характеристика изоляции оборудования (т. е. время, в течение которого изоляция может выдержать данное перенапряжение не повреждаясь), то вольт-секундная характеристика разрядника должна определяться кривой 2. При возникновении перенапряжения (кривая 4) искровой промежуток разрядника пробивается раньше (точка О), чем изоляция оборудования. После пробоя линия (сеть) заземляется через сопротивление разрядника или накоротко. При этом напряжение на линии определяется значением тока через разрядник, сопротивлением разрядника и заземления.

Падение напряжения на разряднике при протекании импульсного тока данного значения и формы называется остающимся напряжением. Чем меньше это напряжение, тем лучше качество разрядника.

После пробоя разрядника от импульса напряжения его искровой промежуток ионизирован и легко пробивается фазным напряжением. Возникает короткое замыкание на землю, и через разрядник протекает ток промышленной частоты, который называется сопровождающим. Чтобы избежать срабатывания защиты и отключения оборудования, разрядник должен отключить сопровождающий ток в возможно малое время (примерно в полупериод промышленной частоты).

Рис. 3-6. Вольт-секундные характеристики .

К разрядникам предъявляются следующие требования:

1. Вольт-секундная характеристика разрядника должна быть ниже, чем у защищаемого объекта.

2. Искровой промежуток разрядника должен иметь определенную гарантированную электрическую прочность при промышленной частоте.

3. Остающееся напряжение на разряднике, и характеризующее его ограничивающую способность, не должно превышать значений, которые опасны для изоляции оборудования.

4. Сопровождающий ток должен отключаться на малое время.

5. Разрядник должен допускать большое число срабатываний без осмотра и ремонта.

Трубчатые разрядники. Разрядник (рис. 3-7) представляет собой дугогасительную трубку 3 из полихлорвинила марки «винипласт», на концах которой закреплены металлические наконечники: верхний, закрытый, 2 и нижний, открытый, 7. Внутри трубки помещается стержневой электрод 4, который крепится в хвостовике 9 верхнего наконечника. Вторым электродом внутреннего искрового промежутка служит шайба б, закрепленная в нижнем наконечнике. При помощи хомутов 5 нижний наконечник (разрядник) крепится к заземленной конструкции. К нижнему же наконечнику крепится ленточный указатель срабатывания 8, свободный конец которого изгибается и заводится внутрь наконечника. При срабатывании разрядника конец указателя выбрасывается газовым дутьем, и лента выпрямляется.

Рис. 3-7. Общий вид трубчатого разрядника.

С целью разгрузки изоляционного материала разрядника от электрического поля при номинальном режиме разрядник отделяется от линии наружным (lнар) искровым промежутком, для регулирования которого служит удлинитель (рог) 1.

При возникновении перенапряжения пробиваются оба промежутка (lвн и lнар). Возникающая в трубке дуга вызывает сильную газогенерацию из стенок трубки. Газы устремляются через выхлопное отверстие в шайбе б и открытый наконечник, образуя интенсивное продольное дутье, которое гасит дугу при прохождении тока через нуль, одновременно гаснет дуга и на промежутке lнар. Отключение сопровождается большим выбросом пламени и газов (при U = 35 кВ А = 3 м, В = 1,5 м). В объеме, занимаемом пламенем и газами, не должны располагаться какие-либо токоведущие части. Предельный отключаемый ток определяется прочностью трубки и, например, для разрядников серии РТВ на 6-35 кВ составляет 12 кА. Предельные токи отключения разрядников с фибробакелитовыми трубками меньше, чем у разрядников с винипластовыми трубками.

Вентильные разрядники. Вентильный разрядник (рис. 3-8, а) состоит из двух основных частей: блока искровых промежутков 4, в который входит несколько последовательно соединенных единичных искровых промежутков 3 (рис. 3-8, б), шунтированных подковообразными нелинейными резисторами 9, предназначенными для выравнивания распределения напряжения, и рабочего резистора, составленного из набора последовательно включенных вилитовых дисков 2. Искровые промежутки заключены в фарфоровые цилиндры 5.

Блок искровых промежутков соединен последовательно с рабочим резистором, закрыт фарфоровым кожухом 1, сжат спиральной пружиной 6 и герметизирован озоностойкой резиной 7. Необходимость герметизации обусловлена гигроскопичностью вилита, который меняет свои характеристики при увлажнении. Разрядник крепится при помощи фланцев 8 к чугунному основанию (на рисунке не показано).

Провод фазы линии высокого напряжения подключается к болту на крышке. Заземляющий проводник присоединяется к чугунному основанию разрядника непосредственно или через счетчик срабатываний.

Разрядник работает следующим образом. При возникновении перенапряжения пробиваются искровые промежутки и импульсный ток через рабочий резистор уходит в землю. Сопровождающий ток ограничивается рабочим резистором до значения, при котором дуга может быть погашена искровыми промежутками. Единичный промежуток способен отключить ток с амплитудой 80-100. А при действующем восстанавливающемся напряжении 1-1,5 кВ. Число искровых про­межутков и число дисков резистора выбираются исходя из указанных условий. Дуга при этом погаснет за один полупериод.

Рис. 3-8. Вентельный разрядник.

Рис. 3-9. Блок с магнитными искровыми промежутками .

Резистор из вилита характеризуется нелинейностью своего сопротивления. С ростом тока значение сопротивления падает. Это позволяет пропустить через резистор большой ток при малом падении напряжения (из-за этого разрядники получили название в ентильных). Напряжение на разряднике практически мало меняется в широком диапазоне изменения токов. По мере приближения тока к нулю сопротивление резко возрастает, снижая ток до нуля ранее его естественного перехода через нуль. Это обстоятельство облегчает гашение дуги в единичных искровых промежутках.

Вентильные разрядники работают бесшумно и без какого-либо выброса газов и пламени. Для фиксации числа срабатываний устанавливаются специальные (электромагнитные, электромеханические и др.) счетчики. Вентильные разрядники выполняются на напряжения до 220 кВ и предназначены для защиты изоляции элек­трооборудования от атмосферных перенапряжений. Они применяются в открытых и закрытых электроустановках с частотой 50 Гц. Разрядники на 3, 6 и 10 кВ отличаются Друг от друга только числом искровых промежутков и числом вилитовых резисторов, а также габаритами. Разрядники на номинальные напряжения 15, 20 и 35 кВ состоят из одного стандартного элемента, аналогичного изображенному на рис. 3-8, а; разрядники на напряжение 60 кВ и выше-из трех и более соединенных последовательно стандартных элементов номинальным напряжением 15, 20 или 35 кВ.

Разрядники магнитовентнльные (РМВГ). Эти разрядники выполняются на номинальные напряжения 150-500 кВ. Они комплектуются из стандартных блоков (на 30 кВ) с магнитными искровыми промежутками и соответствующего числа дисков вилитовых резисторов.

Блок магнитных искровых промежутков (рис. 3-9) представляет собой набор (здесь четыре) единичных искровых промежутков 2, расположенных вперемежку с постоянными магнитами 3 кольцевой формы. Все устройство размещено в фарфоровом цилиндре 1 и закрыто стальными крышками 5. Крепление всех элементов внутри цилиндра осуществляется за счет давления пружины 4. Каждый блок шунтируется резисторами с высокоомным нелинейным сопротивлением.

Единичный магнитный искровой промежуток состоит из двух концентрически расположенных медных электродов б и 8. Щель 7 между ними образует искровой зазор. Кольцевые магниты 3 создают в щели магнитное поле (480-640 А/см).

Возникающая в щели дуга начинает вращаться по кольцевой щели с большой скоростью. По сравнению с обычными искровыми промежутками пропускная и дугогасительная способность магнитного искрового промежутка много выше.

Разрядники постоянного тока. Применение разрядников с обычными искровыми промежутками для защиты электрооборудования постоянного тока невозможно. Падение напряжения на искровом промежутке после его пробоя составит всего 20-30 В, и для гашения дуги потребуется чрезвычайно большое число промежутков; напряжение пробоя будет чрезмерно высоким, и не будет обеспечена защита изоляции.

Разрядники постоянного тока выполняются с устройствами для гашения дуги. Так, магнитные разрядники постоянного тока серии РМБВ состоят из искровых промежутков с дугогасящей камерой (шунтированных или не шунтированных резисторами с высокоомными нелинейными сопротивлениями), блока рабочего нелинейного вилитового резистора и дугогасящего искрового промежутка с постоянными магнитами. Конструктивно они выполняются аналогично вентильным разрядникам.

Магнитный разрядник типа РАН-1 - разрядник многократного действия с пониженным давлением внутри корпуса, предназначен для защиты от перенапряжений обмоток возбуждения синхронных машин. Разрядник имеет диапазон регулирования уставки по пробивному напряжению 1200-3500 В (амплитудное значение) и позволяет пропускать ток до 5000 А (амплитудное значение) при среднем значении тока в течение 1 с до 1000 А. Номинальное напряжение разрядника 1000 В постоянного тока.

Даже представить страшно загородную собственность без электроприборов. Пусть и в ночном кошмаре не снятся лучина или коромысло с корытом. Да здравствуют стиральные машины, насосы, светильники, водонагреватели и еще масса полезных изобретений, участвующих в формировании цивилизованных условий! Однако для стабильной работы оборудования оды слагать недостаточно. Нужно позаботиться о том, чтобы трудолюбивые «железные помощники» получали питание требующихся им параметров, а способ доставки энергии был надежным и предельно безопасным. Вот для этого и нужен ограничитель перенапряжения – компактный потомок устаревших разрядников.

Служебные обязанности старых и новых разрядников

Теплую симпатию Тютчева к майским грозам вряд ли смогут разделить владельцы электрооборудования. Угодивший в воздушную электролинию меткий грозовой разряд создаст в ней перенапряжение, значение которого достигает порой десятков кВ. Даже если дело не дойдет до десятков, а обойдется единицами, приборам может быть нанесен серьезный ущерб. Ведь преобладающее количество бытовых агрегатов с электронной начинкой устойчиво лишь к 1,5 кВ.

Молниеносно разбегаясь по проводке крутые волны перенапряжения способны вызвать пробой, могут перегреть изоляцию до стадии возгорания. И вовсе необязательно, чтобы разрушительная грозовая «стрела» попала в сеть рядом со строением. За пару микросекунд она преодолевает километровые расстояния. От предсказуемых последствий жильцов многоэтажек обязаны защитить электрики управляющей организации. А вот частники смогут предъявить претензии только Илье Громовержцу.

Это не единственная причина, с целью исключения которой нужна защита от перенапряжения. Аналогичную угрозу представляют:

• коммутационные скачки, возникающие на подстанции вследствие отключающих/подключающих манипуляций с мощными потребителями;
• броски перенапряжения, распространяемые другим оборудованием;
• электростатические разряды, которые периодически появляются между работающими рядом устройствами.

Для того чтобы все перечисленные обстоятельства не влияли ни на работу электротехники, ни на целостность ее изоляции, были изобретены разрядники.

Функция разрядников заключалась в поглощении излишков энергии с последующим сбросом их вместе с выделившимся теплом в почву через . В списке компонентов разрядника значатся только два электрода и дугогасительный элемент. Один из электродов крепился к защищаемому объекту, второй к заземляющему контуру. Т.е. одной «рукой» разрядник ловил перенапряжение, второй – выводил его за пределы. Дугогаситель снимал возникшую в это время ионизацию, чтобы вернуть разрядник в обычное рабочее русло.

Между электродами разрядника нужно было установить четкое расстояние, именуемое искровым промежутком. Чем больше был данный интервал, тем мощнее действовала разрядная система. В результате сооружалось нечто весьма громоздкое и не всегда эффективное, потому что устройство могло внезапно ограничить поток, не успев вернуться в нормальный рабочий режим перед очередным всплеском. Потом были эпопеи с внедрением вентильных, воздушных, газовых и других типов разрядников. Каждый из них мог похвастаться технологическими плюсами, но не был полностью избавлен от недостатков.

Меньше всего технологических минусов у нового поколения разрядников – ограничителей. Ранее они были представлены блокированными устройствами, которые после повреждения приходилось полностью менять. Теперь их выпускают в модульных вариантах, невероятно удобных для защиты электропроводки загородной частной собственности.

Конструкция и специфика модульных ограничителей

Ограничители, применяемые для гашения импульсного перенапряжения, представляют собой компактные аппараты со сменными модульными элементами. Устанавливают приборы в главных и второстепенных распределительных щитках.

Обратите внимание. Использование ограничителей будет иметь смысл только при наличии системы заземления, которая требуется для вывода тепловой энергии от погашенной электромагнитной дуги.

Главный рабочий орган ограничителя – варистор. Это реостат, набранный из плотно состыкованных варисторных таблеток. Делают таблетки из смеси оксида цинка с оксидами висмута, кобальта и других металлов. Преимущество данного органа заключается в нелинейном вольт-амперном «поведении». Т.е. сопротивление устройства уменьшается с увеличением силы тока, благодаря чему:

• прибор свободно пропускает сверхтоки и компактно гасит их без длиннющего искрового промежутка;
• срабатывает в предельно краткий срок;
• почти моментально возвращается к исходному изоляционному состоянию в полной готовности «принять на грудь» очередной импульсный поток.

Варистор расположен в модульной вставке, которую после выхода из строя функциональной начинки можно без мельчайших проблем заменить. Модульные устройства выпускают в широком диапазоне пропускной токовой способности, т.к. ограничители призваны осуществлятьзащиту от разных по мощности скачков напряжения.

Обратите внимание, что в случае применения комплектных ограничителей от одного производителя (например, с маркой ETITEC) допустима их параллельная установка, если требуется увеличить токовую способность. Однако желательно изначально подбирать аппарат с требующимися характеристиками.

Ограничитель в сеть устанавливается навечно. Точнее, на весь срок службы защищаемого им участка проводки. Периодически менять нужно будет лишь сменную вставку, габариты которой рассчитаны на возможность подключения только к прибору с конкретной пропускной токовой способностью. Короче, вставка с иными токовыми характеристиками банально не влезет в «гнездо».

Работа и сигнализация о повреждении

Пока по токоведущим жилам проводки течет ток стандартного рабочего значения, варисторный ограничитель безоговорочно пропускает поток. Напряжение на клеммах его главного рабочего органа равнозначно напряжению в сети. Как только клеммы прибора зафиксируют аномалию, аппарат в считанные наносекунды приступает к обязанностям. А если возникнет напряжение, равное по значению напряжению воспламенения прибора, работу ограничителя прервет термический предохранитель.

По задумке разработчиков «жизненный цикл» ограничителей равен 200 тысячам часов. Однако сократить его могут всплески перенапряжения, значение которых ощутимо превышает номинальные величины. Они способны повредить варисторный орган и сжечь предохранитель, в результате чего устройствопросто вообще не сможет осуществлять защиту от перенапряжения. Естественно, «на ощупь» получить информацию о выходе прибора из строя невозможно. Для этого в сменном модуле заботливые производители предусмотрели сигнальный элемент – контрольное окошко.

Визуальная сигнализация зависит от предпочтений изготовителя. Это может быть затемнение контрольного окна или обнаруженный там же яркий красный свет, как у продукции ETITEC. Кстати в ассортименте упомянутой фирмы есть ограничители со звуковым оповещением. В инструкциях обычно подробно описано, по каким признакам нужно определять предстоящую замену вкладыша.

Обратите внимание, что модульность ограничителей в приоритете не только из-за оперативной замены поврежденного элемента, но и из-за возможности получить верные показания при контрольном измерении сопротивления проводки. Достаточно удалить вкладыши из модульных ограничителей, и на исследуемые значения ничто не будет влиять. С блокированными аппаратами измерения проводить бесполезно, достоверных результатов не будет.

Классификация ограничителей и правила монтажа

Защиту объекта от импульсных напастей сооружают по традиционным правилам селективности. Т.е. на вводе устанавливают наиболее мощный прибор, затем ограничитель с меньшей пропускной токовой способностью, далее – еще меньше и т.д. Для загородных строений вполне приемлем двухступенчатый формат защиты, тратиться на более изощренный вариант не к чему.

Чтобы не купить ограничитель с абсолютно ненужными характеристиками, выясним, по каким принципам классифицирует свой товар глубокоуважаемая нами компания ETITEC:

• Группа А - ограничители, предназначенные для защиты объекта от сверхтоков, вызванных прямым попаданием грозового разряда в сеть или попаданием в объект, расположенный поблизости от воздушной ЛЭП. Без потери работоспособности они смогут вывести в землю импульсы не более 6кВ. Рабочее сопротивление данных устройств не превышает 10 Ом. Устанавливаются снаружи, чаще всего крепятся в точке перехода воздушной линии в кабельное продолжение. Рекомендовано располагать в зоне заземления нулевого защитного проводника PE или его собрата PEN, по совместительству выполняющего функции нулевого защитного и нулевого рабочего проводников.
• Группа В – ограничители, защищающие от импульсных всплесков в пределах 4 кВ. Устанавливаются они на вводе в строение, если наружное ограничивающее устройство уже есть. Эта группа чаще всего используются в качестве первой ступени защиты частного дома, т.к. предполагается, что предыдущий вариант обязана поставить обслуживающая ЛЭП компания.
• Группа С – ограничители, сбрасывающие в заземление все, что пропустила защита В, но не более 2,5 кВ. Причем и применяются они преимущественно в паре, особенно, если сооружается двухступенчатая система. Если в двух ступенях ограничения не было необходимости, то приборы группы С справляются с задачами первой защитной преграды. Монтируются в местах распределения электропроводки, в щитках.
• Группа D – ограничители, предназначенные для защиты потребителей, особо чувствительных к коротким сверхтокам. Оберегают они оборудование, чья устойчивость изоляции не превышает 1,5 кВ. Обойтись без них можно, если нет техники с электронной начинкой. Однако если между устройством С и защищаемым оборудованием больше 15 м, D очень даже пригодится. Установка в сеть ограничителей D допустима только при наличии более высоких степеней защиты. Чувствительные устройства без затруднений выведет из строя малейшее импульсное колебание.

Согласно описанному ранжиру производится селективная установка ограничителей. В преобладающем количестве случаев используется схема B – C, отлично справляющаяся с гашением и отводом наружу электромагнитного негатива в диапазоне 1,5- 2,5 кВ. Если имеются причины для увеличения количества ступеней, то можно начать сооружение защиты с прибора группы А и завершить устройством D.

Обратите внимание. Между ограничителями В и С марки ETITEC расстояние должно быть 10м и более, чтобы на подступах ко второй ступени защиты перенапряжение успело достичь порогового значения. При отсутствии возможности расположить приборы согласно правилам, можно поставить рядом в щиток, но между аппаратами разместить индукционную катушку от того же производителя. Между С и D катушки не надо, но желательно создать между ними интервал в 5 м.

Жаль, что латинскими литерами обозначаются не все ограничители, но принцип классификации у всех производителей приблизительно одинаков. Аналогична схема установки и использования ограничителей, защищающих от скачков напряжения в электросети, равнозначны правила их подбора. Как ориентироваться без буквенных подсказок?

Ориентиры подбора ограничителей

Перед покупкой надо изучить технический паспорт аппарата, в котором указаны:

• значение максимального рабочего напряжения, при котором устройство способно длительное время работать без отвода излишка энергии в систему заземления;
• номинальное напряжение – характеристика, указывающая на то, какое перенапряжение при пуске оборудования может действовать на устройство целых 10 сек., не призывая его к «должностным» обязанностям;
• величина номинального разрядного тока, согласно которой производится классификация, идентичная вышеуказанному варианту.
• токовая пропускная способность, обозначающая предел снижения сопротивления ограничителя. Проще говоря, какой величины перенапряжение устройство сможет обрабатывать и сбрасывать без собственной поломки;
• устойчивость к медленно возрастающему напряжению, которая означает способность устройства пропускать аномальный ток без разрушительных последствий;
• предельный ток разряда, который может «обработать» устройство;
• устойчивость к «коротышам», успевшим вывести прибор из строя, но не создавшим условий для взрыва оболочки…

В техпаспорте найдется еще ряд значений, полученных расчетным или экспериментальным путем. Изучать их в полном объеме необязательно, большинство пропечатанных параметров предназначено для рабочих испытаний и для настройки промышленных систем.

Резюмируем полученную информацию

Итак, уверенно направляемся в магазин с целью приобретения весьма полезных приборов защиты и учитываем что:

• для обеспечения автономного строения, не имеющего наружной грозовой защиты, потребуется трехступенчатое сооружение А – В – С, действие которой будет последовательно ограничивать импульсные волны 6 – 4 – 2,5 кВ;
• при расстоянии от ограничителя С (2,5 кВ) до приемника энергии больше 10ти метров нужен будет еще и прибор D (1,5кВ);
• для объекта с существующей защитой от атмосферных и сетевых перенапряжений нужен только тандем В – С (4 - 2,5 кВ).

Хочется верить, что наши советы помогут грамотно выбрать приборы для защиты от всего спектра перенапряжений. А вот установку их желательно поручить «бывалым» электрикам. Без опыта лучше не браться за крайне ответственное дело.

Применение молниеотводов полностью не исключает поражения молнией электроустановок, особенно линий электропередачи, так как вероятность прорыва молнии для воздушных линий электропередачи может быть сравнительно высока, и, кроме того, они часто выполняются вообще без тросовой защиты. Волны перенапряжений, возникающие на линиях при ударах молнии, доходят до подстанций (поэтому их и называют набегающими волнами) и могут представлять опасность для изоляции установленного там оборудования.

Для предупреждения повреждения какой-либо изоляционной конструкции параллельно ей включают искровой промежуток , вольт-секундная (характеристика которого должна лежать ниже вольт-секундной характеристики защищаемой изоляции. При соблюдении этого условия падение волны перенапряжения вызовет во всех случаях пробой искрового промежутка с последующим резким падением («срезом») напряжения на искровой промежуток и защищаемой изоляции. Вслед за импульсным током через искровой промежуток начнет протекать ток, обусловленный напряжением промышленной частоты электроустановки, - сопровождающий ток.

В установках с заземленной нейтралью или при пробое искрового промежутка в двух-трех фазах дуга сопровождающего тока самостоятельно может и не погаснуть, и импульсный пробой в этом случае перейдет в устойчивое короткое замыкание, что приведет к отключению установки. Поэтому, чтобы избежать такого отключения установки, необходимо обеспечить гашение дуги сопровождающего тока через искровой промежуток.

Устройства, которые обеспечивают не только защиту изоляции от перенапряжений, но и гашение дуги сопровождающего тока в течение времени, меньшего, чем время действия релейной защиты, называют защитными разрядниками в отличие от обычных искровых промежутков, которые принято называть защитными промежутками (ПЗ).

Трубчатые разрядники вместе с являются основными типами разрядников. Они отличаются принципом гашения дуги сопровождающего тока. В трубчатых разрядниках гашение дуги осуществляется за счет создания интенсивного продольного дутья, а в вентильных дуга гаснет благодаря уменьшению сопровождающего тока с помощью дополнительного сопротивления, включенного последовательно с искровым промежутком.

Трубчатый разрядник (рис. 1, а) представляет трубку 2 из изолирующего газогснерирующего материала, внутри которой имеется дугогасящий нерегулируемый промежуток S1, образованный стержневым электродом 3 и фланцем 4. Разрядник отделяется от рабочего напряжения внешним искровым промежутком так как трубка 2 не рассчитана на длительное нахождение под напряжением из-за разложения газогенерирующего материала под действием токов утечки. Второй фланец 1 разрядника заземляется.

Рис. 1. Трубчатый разрядник: а - устройство и схема включения, б - условное обозначение на схемах, в - напряжение на разряднике, г -схема замещения.

При перенапряжении в сети (рис. 1, в) оба искровых промежутка пробиваются и волна перенапряжений (кривая 1) срезается. По пути, созданному импульсным разрядом, начинает протекать сопровождающий ток, и искровой разряд переходит в дуговой. Под действием высокой температуры канала дуги сопровождающего тока материал трубки разлагается с выделением большого количества газов, давление в ней резко возрастает (до десятков атмосфер) и газы с силой вырываются через отверстие фланца 4, создавая интенсивное продольное дутье. В результате дуга гаснет при первом же прохождении тока через нуль.

При срабатывании разрядника из него выбрасываются раскаленные ионизированные газы в виде факела 5 длиной 1,5 - 3,5 м и шириной 1 - 2,5 м (в зависимости от номинального напряжения разрядника) и раздается звук, напоминающий выстрел. Поэтому для предупреждения междуфазовых замыканий при монтаже разрядников нужно следить, чтобы в зону выхлопа не попали токоведущие части соседних фаз. Напряжение срабатывания разрядников можно регулировать, изменяя расстояние внешнего искрового промежутка но их нельзя снижать ниже определенного минимума, так как это вызывает слишком частые срабатывания разрядников и их повышенный износ.

Так как электрическое поле стержневых электродов трубчатого разрядника резконеоднородно, то его вольт-секундная характеристика имеет падающий характер на участке до 6 - 8 мкс, что плохо согласуется с пологими вольт-секундными характеристиками трансформаторов и электрических машин. Для успешного гашения дуги необходима определенная интенсивность газообразования, поэтому существует нижний предел отключаемых токов, при котором разрядник еще может погасить дугу в течение 1 - 2 полупериодов.

Верхний предел отключаемых токов также ограничивается, так как слишком интенсивное газообразование может привести к разрушению разрядника (разрыву трубки или срыву фланцев).

Диапазон отключаемых токов указывается в обозначении типа разрядника, например РТВ 35/(0,5 - 2,5) означает трубчатый разрядник 0,5 - 2,5 винипластовый на 35 кВ с пределами отключаемых токов 0,5 - 2,5 кА.

При уменьшении длины дугогасящего промежутка и увеличении его диаметра оба предела отключаемых токов разрядника смещаются в сторону больших значений.

Так как работа разрядника сопровождается выгоранием части материала дугогасящей трубки, то после 8 - 10 срабатываний, когда диаметр возрастает на 20 - 25 % по сравнению с первоначальным, разрядник становится непригодным (так как изменяются пределы отключаемых им токов) и подлежит замене.

Для учета числа срабатываний трубчатые разрядники снабжаются указателем срабатывания в виде металлической ленты 6 (см. рис. 1, а), разгибаемой выбрасываемыми разрядником газами. В настоящее время промышленностью выпускаются трубчатые разрядники типа РТФ , в которых газ генерируется фибровой трубкой, и типа РТВ с трубкой из винипласта.

Вследствие малой механической прочности фибры она заключается в толстую трубку из бакелизированой бумаги, которая для уменьшения ее гигроскопичности покрывается влагостойким лаком (обычно перхлорвиниловой эмалью), хорошо выдерживающим атмосферные воздействия летнего и зимнего периодов. Особенностью разрядников типа РТФ является наличие камеры у закрытого конца трубки, которая усиливает продольное дутье при прохождении тока через нулевое значение и способствует тем самым гашению дуги.

В разрядниках РТВ газ генерируется трубкой из винипласта, который обладает более высокой газогенерирующей способностью и изолирующими свойствами, хорошо сохраняющимися даже при работе на открытом воздухе при любой погоде. Разрядники РТВ имеют более простую конструкцию (у них нет внутренней камеры, не требуют лакировки) и более высокие верхние пределы отключаемых токов (15 кА вместо 7-10 кА для разрядников РТФ).

Рис. 2. Трубчатый разрядник РТВ-20-2/10

Для работы в сетях с очень большими отключаемыми токами (до 30 кА) выпускаются усиленные разрядники типа РТВУ, повышенная механическая прочность которых достигается путем обмотки винипластовой трубки слоями стеклоленты, пропитанной атмосферостойким эпоксидным компаундом.

Импульсная пропускная способность трубчатых разрядников, которые пропускают через себя практически весь ток молнии при ударе ее в линию, достаточно высока и составляет 30-70 кА.

Выбор трубчатых разрядников производится по номинальному напряжению сети и пределам токов короткого замыкания сети в точке их установки. Максимальный ток к. з. рассчитывают при условии включения всех элементов сети (линии, трансформаторы, генераторы) с учетом апериодической составляющей тока к. з., минимальный ток - при схеме сети с частично выключенными элементами (например, для капитального ремонта) и без учета апериодической составляющей. Найденные пределы тока к. з. должны укладываться в пределы отключаемых токов трубчатого разрядника.

Трубчатые разрядники выпускаются на напряжения от 3 до 220 кВ, отключаемые токи лежат в пределах от 0,2 - 7 и 1,5 - 30 кА при напряжении 3 - 35 кВ до 0,4 - 7 и 2,2 - 30 кА при напряжении 110 кВ. Разрядник на 220 кВ состоит из двух трубчатых разрядников на 110 кВ, соединенных между собой стальной обоймой с выхлопными патрубками.

Основными недостатками трубчатых разрядников являются наличие зоны выхлопа, крутой срез волны перенапряжения, замыкание (хотя и кратковременное) линий на землю и особенно крутая вольт-секундная характеристика, исключающая возможность широкого применения трубчатых разрядников в качестве аппарата защиты подстанционного оборудования. Недостатком трубчатых разрядников является также наличие предельных отключаемых токов, что осложняет их производство и эксплуатацию.

Благодаря своей простоте и низкой стоимости трубчатые разрядники широко применяются в качестве вспомогательных средств защиты подстанций, для защиты маломощных и малоответственных подстанций, а также отдельных участков линий.

В настоящее время трубчатые и вентильные разрядники постепенно заменяют на нелинейные ограничители напряжений (ОПН) . Они представляют собой последовательно соединенные металлооксидные варисторы (нелинейные резисторы) без искровых промежутков, заключенные в фарфоровый или полимерный корпус.