Вольт-секундная характеристика искрового промежутка

 

Зависимость амплитуды волны на искровом промежутке от времени разряда называется вольт-секундной характеристикой.

Вольт-секундная характеристика снимается следующим образом. На воздушный промежуток подается волна напряжения U₁, пробой происходит на фронте при времени t₁, на графике ставится точка 1, которая есть пересечение линий напряжения U₁ и времени t₁ (рис. 1.36). Затем подается волна напряжения другой амплитуды, например U₂, которая производит пробой при времени t₂. Пробой произошел на хвосте волны, на графике откладывается амплитуда U₂ и время t₂, ставится точка 2 и т. д. Соединив точки, получим вольт-секундную характеристику искрового промежутка.

 

 

Рис. 1.36. Вольт-секундная характеристика искрового промежутка

Форма вольт-секундной характеристики определяется конфигурацией электрического поля между электродами. В резко неоднородном поле, что характерно для длинных промежутков, время разряда очень сильно зависит от величины приложенного напряжения. Это обусловлено тем, что у длинных промежутков большоевремя формирования разряда t_ф и скорость движения зарядов возрастает с увеличением напряжения, поэтому вольт-секундная характеристика круто загибается вверх при больших напряжениях.

 

 

Рис. 1.37. Вольт-секундные характеристики искровых промежутков с неоднородным и однородным электрическим полем

 

В промежутках с однородным полем, что свойственно коротким промежуткам, время разряда не зависит от величины приложенного напряжения из-за малого время формирования разряда t_ф, поэтому вольт-секундная характеристика пологая (рис. 1.37).

 

Принцип защиты объекта разрядником

 

Для предотвращения пробоя изоляции подстанций применяются разрядники. Принцип защиты основан на том, что параллельно защищаемому объекту включается разрядник (рис. 1.38, а), т. е. искровой промежуток, вольт-секундная характеристика которого всеми своими точками лежит ниже вольт-секундной характеристики защищаемого объекта (рис. 1.38, б).

а б

Рис. 1.38. Схема включения разрядника (а) и принцип защиты

объекта разрядником (б)

 

В функцию разрядника входит также гашение дуги сопровождающего тока промышленной частоты, проходящего через разрядник вслед за импульсным пробоем, так как при срабатывании разрядника линия не отключается. Время гашения дуги должно быть достаточно малым, чтобы реле времени релейной защиты смогли отличить срабатывание разрядника от установившегося короткого замыкания на линии. Обычно разрядник гасит дугу сопровождающего тока за один-два полупериода, что меньше времени ожидания релейной защиты.

 

Трубчатый разрядник

 

Трубчатый разрядник является основным средством защиты ЛЭП и вспомогательным средством защиты подстанций, так как имеет крутую вольт-секундную характеристику. Он устанавливается на подходах к подстанциям, в местах пересечения двух ЛЭП и в месте перехода ЛЭП в кабельную линию.

 

 

Рис. 1.39. Трубчатый разрядник: S₁ – внутренний искровой промежуток;

S₂ – внешний искровой промежуток

 

Основу разрядника (рис. 1.39) составляет трубка из газогенерирующего материала, которым является винипласт. Один конец трубки заглушён обоймой, к которой прикреплен внутренний стержневой электрод. С противоположной стороны расположена обойма открытого конца. Промежуток S₁ между стержнем и обоймой открытого конца называется внутренним или дугогасящим. Разрядник отделяется от провода ЛЭП внешним искровым промежутком S₂ для предотвращения протекания тока утечки и предохранения газогенерирующего материала от разложения.

Работает трубчатый разрядник следующим образом. При воздействии волны атмосферного перенапряжения пробиваются оба искровых промежутка и импульс тока молнии уходит в землю. Вслед за импульсным пробоем возникает короткое замыкание и под воздействием фазного напряжения вспыхивает силовая дуга. От высокой температуры канала дуги переменного тока газогенерирующий материал начинает гореть, интенсивно выделяя газ, давление в камере дутья возрастает до 20 атмосфер. Газы, устремляясь к открытому концу трубки, создают продольное дутье, в результате чего дуга обрывается и гаснет при первом прохождении тока через ноль. При работе разрядника из отверстия трубки раскаленные газы вырываются на расстояние до 3 м и слышен звук, напоминающий выстрел.

Трубчатый разрядник имеет крутую вольт-секундную характеристику (рис. 1.40) из-за длинных искровых промежутков. Срабатывание разрядника происходит в месте встречи волны перенапряжения с вольт-секундной характеристикой. После срабатывания на разряднике остается напряжение, равное произведению амплитуды тока молнии I_м на импульсное сопротивление заземлителя R_и.

 

Рис. 1.40. Срабатывание трубчатого разрядника

Рис. 1.41. Защита изоляции трубчатым разрядником

 

Величину внешнего искрового промежутка S₂ выбирают по условиям защиты изоляции, т.е. изменением S₂ регулируют пробивное напряжение.

В функцию разрядников входит не только ограничение волны перенапряжения, но и погашение дуги сопровождающего тока. Величина внутреннего искрового промежутка S₁ устанавливается в соответствии с дугогасящими свойствами разрядника и регулированию не подлежит: чем больше диаметр отверстия и короче S₁, тем большие токи отключает разрядник.

Для успешного гашения дуги сопровождающего тока необходима интенсивная генерация газа, которая зависит от величины протекающего тока. Разрядники характеризуются нижним и верхним пределами отключаемых токов. Если ток будет ниже нижнего предела, то дуга не погаснет и разрядник сгорит, если ток будет выше верхнего предела, то разрядник разорвет. Поэтому в месте установки разрядника проверяется ток короткого замыкания, он должен быть выше нижнего предела и ниже верхнего предела.

Трубчатый разрядник является лишь вспомогательным средством защиты подстанций, он не защищает изоляция при крутых фронтах волны (рис. 1.41).

Разрядники устанавливаются отверстием вниз, наклонно так, чтобы зоны их выхлопа не пересекались и не попадали на соседние фазы и на заземленные объекты. Кроме того, такое положение разрядника не даст атмосферной влаге скапливаться в канале. Если в канале будет вода, то не произойдет газогенерации и разрядник сгорит.

Разрядник снабжен указателем срабатывания, это металлическая пластина, которая отгибается под действием выхлопных газов. В результате многократного срабатывания канал газогенерирующей трубки выгорает, поэтому при увеличении внутреннего диаметра на 15–20% разрядник заменяется.

Время срабатывания АПВ настроено с задержкой, доли секунды АПВ ждёт, за это время разрядник должен погасить дугу. Если замыкание длительное, то АПВ на короткий промежуток времени отключает линию и вновь подключает её, если за момент этой паузы замыкание не самоустранилось, то после повторного включения линия выключается совсем.

 

Вентильный разрядник

 

Вентильный разрядник является основным средством защиты подстанций от набегающих по линии волн атмосферных перенапряжений, так как имеет пологую вольт-секундную характеристику. В фарфоровом корпусе (рис. 1.42), размещается многократный искровой промежуток и нелинейное сопротивление. Многократный искровой промежуток собран из латунных дисков и диэлектрических шайб (миканит, стеклотекстолит), нелинейное сопротивление состоит из вилитовых дисков. Диэлектрические шайбы выполнены из материала с высоким классом нагревостойкости – миканита или стеклоткани.

 

 

а б

 

Рис. 1.42. Вентильный разрядник (а) и его условное обозначение (б)

 

Вилит – это материал, получаемый путем запечки массы, состоящей из зерен карборунда (SiC), склеенных жидким стеклом (силикаты натрия и калия). Зерна карборунда обладают резко выраженными нелинейными свойствами. На поверхности зерен имеется запорный слой из окиси кремния (SiO₂). При небольшой напряженности электрического поля пленка окиси кремния имеет большое сопротивление, с повышением напряжения сопротивление запорного слоя резко падает. С уменьшение напряжения пленка вновь восстанавливает свои свойства. Диски из карборунда способны пропустить ток до 10 кА.

Пологость вольт-секундной характеристики вентильного разрядника обусловлена:

1) однородным электрическим полем между плоскими электродами;

2) подсвечиванием искрового промежутка за счет ионизации воздуха в зазорах между диэлектриком и диском в момент нарастания волны перенапряжения;

3) неравномерным распределением напряжения по емкостной цепочке, образованной латунными дисками; это ведет к опережающему пробою промежутка с наиболее сильным полем (верхнего), в результате чего напряжение на остальных промежутках возрастает.

Работает вентильный разрядник следующим образом (см. рис. 1.42). При возрастании волны перенапряжения в воздушных прослойках между диэлектриком и диском возникает ионизация, так как все напряжение прикладывается к воздушной прослойке из-за того, что диэлектрическая проницаемость воздуха равна единице, а миканита восьми. Ионизация подсвечивает промежуток, уменьшая время статистического запаздывания. Когда мгновенное значение волны перенапряжения на разряднике достигает импульсного пробивного напряжения искровых промежутков, происходит покаскадный пробой и все напряжение прикладывается к нелинейному сопротивлению. Оно уменьшает свою величину, и импульс тока уходит в землю. Остающееся напряжение на нелинейном сопротивлении должно быть примерно на 20–25 % меньше импульсной прочности защищаемой изоляции.

После прохождения импульсного тока через разрядник начинает протекать сопровождающий ток промышленной частоты, обусловленный рабочим напряжением сети. Так как это напряжение значительно ниже значений перенапряжения, то нелинейное сопротивление возрастает и величина сопровождающего тока ограничивается до значения, при котором дуга, разбитая к тому же в искровых промежутках на большое число отдельных дуг небольшой длины, гаснет. Латунные диски интенсивно отводят тепло, поэтому автоэлектронная эмиссия не переходит в термоэлектронную, а дуга гаснет при первом же прохождении тока через нуль.

Многократный искровой промежуток способен погасить токи до 100 А, если токи будут больше, то электроды промежутков нагреются и автоэлектронная эмиссия перейдет термоэлектронную (на поверхности металла возникнет катодное пятно), гашения дуги не произойдет и разрядник сгорит. По этой причине разрядники выпускаются до 220 кВ.

Разрядники подключаются через разъединители Р (рис. 1.43). Вне грозового сезона они отключаются и подвергаются ревизии.

РВП-10 – разрядник вентильный подстанционный на 10 кВ, состоит из 11 единичных искровых промежутков (ИП) и шести вилитовых дисков. Имеет длину 0, 5 м и диаметр 35 мм. Разрядник пробивается при 50 кВ, пропускает ток до 5 кА.

Рис. 1.43. Вентильный разрядник

РВС-20 – разрядник вентильный станционный на 20 кВ, четыре единичных искровых промежутка составляют блок, таких блоков пять, они шунтированы сопротивлениями (R) для равномерного распределения напряжения по искровым промежуткам в момент гашения дуги. Разрядник пробивается при 85 кВ, пропускает ток до 10 кА, имеет длину 6 м.

РВВМ-10 – разрядник вентильный для защиты вращающихся машин, непосредственно подключенных к ЛЭП. Уровень изоляции вращающихся машин ниже уровня изоляции трансформаторов, поэтому разрядники должны пробиваться при меньших напряжениях. Снижение импульсного пробивного напряжения достигается путем шунтирования части искровых промежутков емкостью C (см. рис. 1.43). При возрастании волны перенапряжения все напряжение прикладывается к ИП₁, так как его емкость меньше емкости C и он пробивается первым, затем пробивается ИП₂. Разрядник РВВМ-10 пробивается при 35 кВ, пропускает импульс тока до 10 кА.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: