Виды разрядников: Разрядники: назначение, типы, принцип работы

Содержание

Разрядники: назначение, типы, принцип работы

В электрических сетях довольно часто наблюдается появление импульсных всплесков напряжения, вызванных различными причинами. Несмотря на то, что такие перенапряжения носят кратковременный характер, они способны вызвать пробой изоляции с последующим коротким замыканием. 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. Основной функцией этих устройств является ограничение перенапряжений в электрических сетях и установках.

Содержание

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 напряжение достигает определенного значения, наступает пробой искрового промежутка между двумя электродами. За счет этого с защищаемого участка цепи снимается перенапряжение. 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.

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 постоянные магниты. 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

Виды разрядников.

Трубчатый
разрядник служит
для защиты от атмосферных перенапряжений
изоляции ВЛ и с другими средствами
защиты для защиты изоляции электрооборудования
станций и подстанций напряжением от 3
кВ до 110 кВ, ослабленных мест на линиях
электропередачи и на подходах к
подстанциям. Подключение трубчатых
разрядников к токоведущим частям линий
электропередачи производится через
внешний искровой промежуток.

Представляет
собой комбинацию из двух последовательно
включенных искровых промежутков (рис.
1). Первый (внешний) стержневой промежуток
S1 выполняет функцию ограничения грозовых
перенапряжений. Второй (внутренний)
промежуток S2 расположен внутри трубки
1 из газогенерирующего материала. Один
конец трубки заглушён заземленным
металлическим колпачком 2 с присоединенным
к нему стержневым электродом 3. Второй
конец трубки открыт и охвачен кольцевым
электродом 4. Внутренний промежуток
служит для гашения электрической дуги
и потому его также именуют дугогасящим.

Рис.
1. Трубчатый разрядник.

При
ограничении перенапряжений можно
выделить два этапа срабатывания трубчатый
разрядник. На первом этапе при воздействии
грозового импульса пробиваются оба
искровых промежутка и через них протекает
импульсный ток, отводящий энергию
перенапряжения в землю и тем самым
ограничивающий его. Вольт-секундная
характеристика трубчатого разрядника
определяется в основном размерами
внешнего промежутка и имеет вид,
характерный для всех стержневых
промежутков в атмосферном воздухе.
Повторный пробой ионизированных
промежутков рабочим напряжением приводит
к зажиганию между электродами электрической
дуги. Начинается второй этап срабатывания
трубчатого разрядника — гашение дуги
сопровождающего тока. Под действием
высокой температуры дуги с внутренней
поверхности трубки выделяется большое
количество газа, повышающее давление
в ней до 15 МПа. Газы устремляются к
открытому концу трубки и создают
продольное по отношению к горящей дуге
дутье, которое позволяет погасить дугу
при первом же переходе тока через нулевое
значение. Срабатывание РТ сопровождается
выхлопом значительного количества
раскаленных ионизированных газов и
сильным звуковымэффектом.
Трубчатый
разрядник представляет собой
дугогасительную трубку из полихлорвинила,
с разных концов которой закреплены
электроды. Один электрод заземляется,
а второй располагается на небольшом
расстоянии от защищаемого участка
(расстояние регулируется в зависимости
от напряжения защищаемого участка). При
возникновении перенапряжения пробиваются
оба промежутка: между разрядником и
защищаемым участком и между двумя
электродами. В результате пробоя в
трубке возникает интенсивная газогенерация,
и через выхлопное отверстие образуется
продольное дутье, достаточное для
погашения дуги.

Вентильный
разрядник служит
средством ограничения перенапряжений
оборудования электроустановок,
возникающих при коммутациях электрических
цепей, разрядах молнии и т. п.

Рис.
2. Вентильный (однофазный) разрядник.

Состоит
из искровых промежутков (1) и нелинейных
резисторов (2), заключенных в герметично
закрытую фарфоровую покрышку (3), которая
защищает внутренние элементы разрядника
от воздействия внешней среды и обеспечивает
стабильность характеристик.

Вентильный
разрядник состоит из двух основных
компонентов: многократного искрового
промежутка (состоящего из нескольких
однократных) и рабочего резистора
(состоящего из последовательного набора
вилитовых дисков). Многократный искровой
промежуток последовательно соединен
с рабочим резистором. В связи с тем, что
вилит меняет характеристики при
увлажнении, рабочий резистор герметично
закрывается от внешней среды. Во время
перенапряжения многократный искровой
промежуток пробивается, задача рабочего
резистора — снизить значение
сопровождающего тока до величины,
которая сможет быть успешно погашена
искровыми промежутками. Вилит обладает
особенным свойством — его сопротивление
нелинейно — оно падает с увеличением
значения силы тока. Это свойство позволяет
пропустить больший ток при меньшем
падении напряжения. Благодаря этому
свойству вентильные разрядники и
получили свое называние. Среди прочих
преимуществ вентильных разрядников
следует отметить бесшумность срабатывания
и отсутствие выбросов газа или пламени.

Магнитовентильный
разрядник
(РВМГ) состоит из нескольких последовательных
блоков с магнитным искровым промежутком
и соответствующего числа вилитовых
дисков. Каждый блок магнитных искровых
промежутков представляет собой
поочередное соединение единичных
искровых промежутков и постоянных
магнитов, заключенное в фарфоровый
цилиндр.

При
пробое в единичных искровых промежутках
возникает дуга, которая за счет действия
магнитного поля, создаваемого кольцевым
магнитом, начинает вращаться с большой
скоростью, что обеспечивает более
быстрое, по сравнению с вентильными
разрядниками, дугогашение.

Рис.
3. Магнитовентильный разрядник.

На
напряжение 35-500 кВ нашли применение
разрядники магнитовентильные типа РВМ.
Они отличаются от других типов разрядников
наличием блоков магнитных искровых
промежутков (рис. 3). Такие стандартные
блоки искровых промежутков, дополненные
дисковыми вилитовыми резисторами
изготовляются на напряжение 35 кВ. Блок
магнитных искровых промежутков состоит
из набора единичных искровых промежутков
2, разделенных между собой кольцевыми
магнитами 3. Единичный искровой промежуток
составляется из двух концентрически
расположенных медных электродов 6 и 8,
между которыми образуется кольцевая
щель 7. Возникающая в щели дуга вращается
под действием постоянных магнитов с
большой скоростью, что способствует ее
быстрому гашению Набор из постоянных
магнитов и единичных искровых промежутков
помещается внутри фарфоровой покрышки
1, закрытой стальными крышками 5. Магниты
и медные электроды плотно сжимаются
стальной пружиной 4.

Ограничитель
перенапряжения
– это разрядник без искровых промежутков.
Активная часть такого разрядника состоит
из последовательного набора варисторов,
проводимость которых нелинейно зависит
от приложенного напряжения.

Разрядник
без искровых промежутков обладает
особой быстротой срабатывания: при
возникновении перенапряжения сопротивление
такого разрядника резко снижается,
возрастая сразу после прохождения
заряда (менее чем за 1 наносекунду). При
этом сохраняется стабильность
характеристики варисторов после многих
срабатываний вплоть до окончания
указанного срока эксплуатации, что
устраняет необходимость в эксплуатационном
обслуживании.

Рис.
4. Ограничитель перенапряжения.

1.
Усиливающие элементы
2. Варисторы
3.
Покрышка новой резины
4. Защитная
лента
5. Фланец

ОПН
в полимерном корпусе могут состоять из
одного или нескольких модулей, каждый
из которых содержит одну колонку
варисторов. Варисторы не обладают
«кумулятивным» эффектом, т.е. их
вольт-амперная характеристика не зависит
от числа срабатываний ОПН. Силиконовая
покрышка наносится на активную часть
методом непосредственного вакуумного
литья в специальной холдинговой машине.
Фланцы соединены друг с другом двумя
или более усиливающими элементами из
стекловолокна, что придает ОПН высокие
механические характеристики. Благодаря
тому, что силиконовая изоляция наносится
непосредственно на вариаторы, внутри
нет воздуха и, как следствие, отсутствуют
внутренние частичные разряды. Кроме
того, улучшаются условия охлаждения
варисторов, что улучшает энергопоглащающую
способность ОПН.
ОПН состоит из
внешнего изолятора, выполненного из
негаллогенированной силиконовой резины
с концевыми фланцами и выводами,
выполненными из нержавеющей стали,
алюминия или меди. Внутренняя часть ОПН
состоит из металлооксидных варисторов,
стальных прокладок, алюминиевыхкомпонентов,
стекловолоконных стяжек и арамидных
волокон. Металлоксидные варисторы
представляют собой агломератные
«таблетки», состоящие в основном из ZnO
(90%) и др. веществ (более 1%): Bi₂O₃,
Sb₂O₃,
NiO, Cr₂O₃.
Металлоксидные
варисторы покрыты слоем тонкого стекла
(<0,1 % веса), содержащим РbО. Силиконовая
резина, используемая для внешней
изоляции, обладает значительно более
высокой гидрофобностью и стойкостью к
воздействию ультрафиолетовой радиации,
чем фарфоровая изоляция. Кроме того,
применение полимерной изоляции снижает
массогабаритные параметры ОПН, что
расширяет возможность их применения.
ОПН могут монтироваться по так называемой
«перевернутой» схеме, когда подвод
напряжения осуществляется снизу.

ОПН
6-110 кВ с полимерной изоляцией, по сравнению
с вентильными разрядниками, обладают
целым рядом преимуществ:

варисторы,
применяемые в ОПН, обладают высокой
стабильностью, которая
не изменяется
в процессе длительной эксплуатации;
большое
быстродействие срабатывания ОПН при
коммутационных и
грозовых перенапряжениях;
отличные
пиковые характеристики ОПН в широком
диапазоне рабочей
температуры;
применение
варисторов в одно колонковом исполнении
позволяет
обеспечить особенно глубокое
ограничение напряжений и, соответственно,
более
высокую надежность работы
оборудования и улучшение параметров
сети;
уменьшение
габарита и веса ОПН в 10 — 20 раз позволяет
установить их
непосредственно вблизи
защищаемого оборудования;
высокая
механическая прочность и малая масса
ОПН позволяет
устанавливать их на ВЛ
6-110 кВ без усиления конструкции опор;
ОПН
в полимерном корпусе не требуют
специального обслуживания, не
повреждаются
при транспортировке и хранении;
малые
массо-габариты ОПН позволяют легко
выполнять их монтаж при
минимальном
использовании техники.

Типы грозозащитных разрядников — Circuit Globe

Грозозащитный разрядник защищает электрическое оборудование от молнии. Он размещается очень близко к оборудованию, и при ударе молнии разрядник отводит высоковольтную волну молнии на землю. Выбор разрядника зависит от различных факторов, таких как напряжение, ток, надежность и т. д. Молниезащитный разрядник в основном подразделяется на двенадцать типов. Эти типы;

Ограничитель щелей
Разрядник со сферическим зазором
Разрядник рупорного зазора
Многоразрядный разрядник
Импульсный защитный зазор
Электролитический разрядник
Молниезащитный разрядник выталкивающего типа
Молниезащитные разрядники клапанного типа
Тиритовый молниезащитный разрядник
Разрядник автоматического клапана
Пламегаситель с оксидной пленкой
Металлооксидные молниезащитные разрядники

Их типы подробно описаны ниже.

1. Разрядник стержня

Это одна из самых простых форм разрядника. В разряднике такого типа между концами двух стержней имеется воздушный зазор. Один конец разрядника подключается к линии, а второй конец стержня подключается к земле. Установка зазора разрядника должна быть такой, чтобы он сломался до повреждения. Когда на линии возникает высокое напряжение, в разряднике возникает искра и ток замыкания уходит на землю. Таким образом, оборудование защищено от повреждений.

Трудность со стержневым разрядником заключается в том, что если искра возникла, то она может продолжаться некоторое время даже при низких напряжениях. Чтобы избежать этого, последовательно со стержнем используется токоограничивающий реактор. Сопротивление ограничивает ток до такой степени, что его достаточно для поддержания дуги. Другая трудность с дорожным зазором заключается в том, что зазор для стержня может быть поврежден из-за высокой температуры дуги, которая может вызвать расплавление стержня.

2. Разрядник со сферическим зазором

В устройствах такого типа воздушный зазор создается между двумя разными сферами. Одна из сфер подключена к линии, а другая сфера подключена к земле. Расстояние между двумя сферами очень маленькое. Дроссельная катушка вставлена между фазной обмоткой трансформатора и шары подключены к линии.

Воздушный зазор между пламегасителем установлен таким образом, чтобы разряд не происходил при нормальных рабочих условиях. оно прерывается автоматически.

3. Разрядник с рупорным зазором

Состоит из двух металлических затененных рупоров, разделенных небольшим воздушным зазором и соединенных шунтом между каждым проводником и землей. Расстояние между двумя электродами таково, что нормального напряжения между линией и землей недостаточно для преодоления разрыва. Но аномальное высокое напряжение разорвет разрыв и таким образом найдет путь к земле.

4. Многозазорный разрядник

Многозазорный разрядник состоит из набора небольших металлических цилиндров, изолированных друг от друга и разделенных воздушным зазором. Первый и последний из ряда подключены к земле. Количество необходимых зазоров зависит от напряжения сети.

5. Импульсный защитный зазор

Защитный импульсный зазор разработан с учетом коэффициента импульса низкого напряжения, даже меньше единицы, и для гашения дуги. Их принцип работы очень прост, как показано на рисунке ниже. Он состоит из двух сферических электродов S ₁ и S ₂, которые подключаются соответственно к линии и разряднику.

Вспомогательная игла помещается между серединами двух сфер S ₁ и S ₂ . При нормальной частоте импеданс емкости C ₁ довольно велик по сравнению с импедансом резистора R. Если C ₁ и C ₂ равны, потенциал вспомогательного электрода будет посередине между потенциалами вспомогательного электрода. S ₁ и S ₂ и электрод не влияет на перекрытие между ними.

Когда возникает переходный процесс, импеданс конденсатора C ₁ и C ₂ уменьшается, и импеданс резистора начинает действовать. Благодаря этому все напряжение сосредоточено на промежутке между E и S ₁ . Разрыв сразу пробойный, остальная длина между Е и S ₂ сразу следуют.

6. Электролитный разрядник

У разрядников такого типа высокая разрядная способность. Он работает на том, что тонкая пленка гидроксида алюминия осаждается на алюминиевых пластинах, погруженных в электролит. Пластина действует как высокое сопротивление для низкого значения, но низкое сопротивление для напряжения выше критического значения.

Напряжение более 400 вольт вызывает прокол и свободное протекание тока на землю. Когда напряжение остается на своем нормальном уровне 440 вольт, разрядник снова оказывает высокое сопротивление на пути, и утечка прекращается.

7. Молниезащитный разрядник выталкивающего типа

Разрядник выталкивающего типа представляет собой усовершенствование по сравнению со стержневым зазором, поскольку он изолирует поток промышленной частоты, следующий за током. Этот разрядник состоит из очень эффективной трубки из волокна, изолирующего искрового промежутка и прерывающего искрового промежутка внутри трубки из волокна.

Во время работы дуга из-за импульсной искры внутри волокнистой трубки приводит к тому, что часть волокнистого материала трубки испаряется в виде газа, который выбрасывается через вентиляционное отверстие в нижней части трубки. Таким образом, дуга гасится так же, как в автоматических выключателях.

8. Молниезащитный разрядник клапанного типа

Такой тип резистора называется нелинейным отводным устройством. По сути, он состоит из разделенного разрядника, последовательно соединенного с резистивным элементом, имеющим нелинейную характеристику.

Раздельный разрядник состоит из нескольких одинаковых элементов, соединенных последовательно. Каждый из них состоит из двух электродов с устройством предварительной ионизации. Между каждым элементом параллельно включен градуирующий резистор с высоким омическим сопротивлением.

При медленных изменениях напряжения искрообразование через промежуток отсутствует. Но когда происходит быстрое изменение напряжения, потенциал больше не распределяется равномерно по последовательному зазору. Влияние неуравновешивающей емкости между разрядниками и землей преобладает над сопротивлением заземления. Импульсное напряжение в основном концентрируется на верхнем искровом промежутке, который при искровом разряде вызывает искрение всего разрядника.

9. Молниезащитный разрядник Thyrite

Этот тип разрядника чаще всего используется для защиты от опасного высокого напряжения. Он состоит из тирита, который представляет собой неорганическое соединение керамического материала. Сопротивление такого материала быстро уменьшается от высокого значения до низкого значения и для тока от низкого значения до высокого значения.

Он состоит из диска, обе стороны которого покрыты напылением для обеспечения электрического контакта между последующими дисками. Диск собран внутри глазурованной фарфоровой емкости. Используется вместе с контейнером.

При ударе молнии напряжение повышается, возникают пробои разрядников, сопротивление падает до очень низкого значения, и волна разряжается на землю. После того, как всплеск прошел, тирит снова возвращается в исходное положение.

10 Разрядник автовентильный

Разрядник такого типа состоит из нескольких плоских дисков из пористого материала, уложенных друг на друга и разделенных тонкими слюдяными кольцами. Материал диска неоднороден, а также добавлен проводящий материал. Поэтому в капиллярах материала возникает тлеющий разряд и напряжение падает примерно до 350 вольт на единицу. Диски расположены таким образом, что нормальное напряжение не может привести к возникновению разряда.

11. Оксидно-пленочный разрядник

Состоит из гранул перекиси свинца с тонким пористым покрытием из глета, расположенных в виде столбика и заключенных в трубку определенного диаметра. Из двух проводов верхний подключается к линии, а нижний — к земле. Трубка содержит последовательный разрядник.

При возникновении перенапряжения дуга проходит через последовательный искровой разрядник, на столб пеллет подается дополнительное напряжение и происходит разряд. После разряда сопротивление гранулятора увеличивается до тех пор, пока через него не будет протекать очень небольшой ток. Этот небольшой ток, наконец, прерывается последовательными искровыми промежутками.

12. Молниезащитный разрядник на основе оксида металла

Такие типы отводных устройств также известны как отводные устройства без зазоров или отклоняющие устройства из оксида цинка. Основным материалом, используемым для изготовления металлооксидного резистора, является оксид цинка. Это полупроводниковый материал N-типа. Материал легирован путем добавления небольшого количества изолирующих оксидов. Порошок обрабатывается некоторыми процессами, а затем сжимается в дискообразную форму. Затем диск помещают в фарфоровый корпус, заполненный газообразным азотом или элегазом SF6.

Этот разрядник представляет собой потенциальный барьер на границах каждого диска ЗНО. Этот потенциальный барьер контролирует поток тока. В нормальном рабочем состоянии потенциальный барьер не пропускает ток. При перенапряжении происходит разрушение барьера и резкий переход от изолирующего к проводящему. Ток начинает течь, и выброс отводится на землю.

Типы молниезащитных разрядников — стержневой, роговой, вентильный, выталкивающий тип

Линии электропередач и связанное с ними оборудование на подстанциях подвержены перенапряжению, которое обычно возникает из-за разряда молнии или внутренних причин (переключение, внезапные изменения нагрузки, нарушение изоляции, замыкание на землю и резонанс).

Бегущие волны (высокие пиковые скачки напряжения), вызванные молнией, когда они достигают клемм электрооборудования, могут вызвать внутреннее перекрытие, повреждая изоляцию обмоток и изоляторы.

Следовательно, абсолютно необходимо предусмотреть на подстанциях защитные устройства для защиты оборудования от бегущих волн (бросков), вызванных молнией. Такие защитные устройства называются молниезащитными разрядниками или разрядниками перенапряжения.

Различные типы молниеотводов или разрядников перенапряжения, используемых для защиты подстанций от молнии, включают разрядник со стержневым зазором, разрядник с рупорным разрядником, разрядник клапанного типа, разрядник выталкивающего типа, разрядник из оксида металла, разрядник из тирита, сферический разрядник. разрядник с зазором, разрядник с несколькими зазорами, разрядник с оксидной пленкой и электролитический разрядник.

Молниезащитный разрядник :

Этот разрядник очень прост и имеет прочную конструкцию. Он самый дешевый среди всех остальных разрядников и не требует обслуживания. Он состоит из двух металлических стержней диаметром 1 дюйм, расположенных под прямым углом друг к другу с зазором между ними.

Один стержень соединен с землей, а другой стержень подключен к сети. Расстояние между зазором стержня и изолятором должно составлять 1/3 длины зазора стержня во избежание его повреждения.

Напряжение пробоя в некоторой степени зависит от длины нижнего стержня, соединенного с землей. Если длина этого нижнего стержня мала, тогда будет разница между положительным и отрицательным напряжениями пробоя, которую можно свести к минимуму, отрегулировав длину нижнего стержня в 1,5–2,0 раза по сравнению с длиной зазора.

Зазор между стержнями остается открытым при нормальных условиях эксплуатации. Когда на линии возникает скачок высокого напряжения, разрядники искрят, и это обеспечивает путь с низким сопротивлением для потока импульсного тока на землю. Ограничитель разрыва стержня показан на рисунке ниже.

Недостатки стержневого разрядника :

Основным недостатком этого типа грозового разрядника является то, что он не прерывает последующий ток промышленной частоты после того, как перенапряжение исчезло или перенапряжение стало меньше значения пробоя. Это вызывает замыкание линии на землю после каждого разряда разрядника перенапряжения и инициирует работу выключателя, чтобы обесточить цепь для устранения пробоя.
Существует вероятность повреждения стержней из-за тепла, выделяемого искрой между зазорами.
На работу разрядника со стержневым разрядником влияет полярность переходного перенапряжения и атмосферные условия.

Из-за вышеперечисленных ограничений ОПН в основном используется в качестве резервной защиты.

Грозоразрядник с рупорным зазором :

Благодаря своей простоте используется на линиях низкого напряжения. Ниже показано схематическое расположение разрядника с рупорным зазором. Разрядник рупорного зазора показан в одной из линий, но на самом деле будет три рупорных зазора, по одному на каждую линию.

Он состоит из двух роговых металлических стержней, разделенных небольшим расстоянием и соединенных шунтом между каждым проводником и землей. Промежуток между рогами меньше внизу и больше вверху.

На рисунке выше показано расположение рупорного разрядника, состоящего из рупорного разрядника, включенного последовательно с резистором R, дроссельной катушкой L и защищаемым устройством (трансформатором). Один из стержней рупорного зазора соединен с линией, а другой глухо заземлен.

В нормальных рабочих условиях пробойная прочность зазора больше по сравнению с нормальным напряжением промышленной частоты, и, следовательно, зазор не проводит ток.

Всякий раз, когда возникает перенапряжение со значением, превышающим предел прочности пробоя промежутка, зазор проводит ток и происходит искровое перекрытие (вспышка) через зазор (т. е. между A и A’) при примерно удвоенном нормальном рабочем напряжении.

Нагретый воздух вокруг дуги и электромагнитное воздействие дуги заставляют дугу двигаться вверх по зазору. В положении BB’ зазор большой и напряжения недостаточно для поддержания дуги, поэтому дуга гаснет. Время гашения не более 3-5 сек.

Резистор, включенный последовательно с рупорным зазором, предназначен для уменьшения протекания тока до безопасного значения. Так как рупорный промежуток не способен отражать токи свыше 10 ампер. Дроссельная катушка, которая подключается между защищаемой системой и заземлением рупорного промежутка, снижает остроту падающей волны и не позволяет переходным процессам проникнуть в защищаемую систему. Соотношение импульсов этого разрядника составляет 2 к 3.

Недостатки разрядника с роговым зазором:

Птицы могут заполнить брешь.
Положение рупорного зазора может измениться из-за коррозии или точечной коррозии.
Время работы сравнительно велико, скажем около 3 сек.

Молниезащитный разрядник вентильного типа:

Этот тип разрядника также известен как разрядник нелинейного типа, который широко используется в системах, работающих при высоком напряжении до 440 кВ. Разрядник вентильного типа разделен на две части: последовательные разрядники и наборы нелинейных резисторов. Эти два соединены последовательно друг с другом и помещены в герметичный фарфоровый контейнер.

Искровой разрядник серии :

Искровой разрядник состоит из ряда последовательно соединенных одинаковых искровых разрядников. Каждый разрядник образован двумя электродами с фиксированным зазором между ними, которые поддерживаются при одинаковом напряжении с помощью дополнительных резистивных элементов, известных как градуирующие резисторы. Искровые разрядники сконструированы таким образом, что в нормальных условиях не происходит пробоя, а при высоких скачках напряжения происходит перекрытие.

Нелинейное сопротивление :

Эти резисторы имеют очень низкое сопротивление при высокочастотных импульсных токах, что снижает напряжение на клеммах разрядника, а при напряжении промышленной частоты они имеют высокое сопротивление. Сопротивление этих нелинейных резисторов называется нелинейным сопротивлением. Можно сказать, что сопротивление этих нелинейных элементов уменьшается с увеличением тока через них. Они состоят из неорганического соединения, такого как тирит или метросил.

В нормальных условиях искра остается непроводящей. Когда на линии возникает импульсное напряжение, в искровых промежутках происходит перекрытие и большой ток течет на землю через нелинейные резисторы.

Эти резисторы обладают очень низким сопротивлением к импульсным токам большой величины, поэтому импульсы очень быстро переместятся на землю. Нелинейные резисторы обеспечивают высокое сопротивление току промышленной частоты после устранения перенапряжения в линии. Вся эта операция происходит в течение нескольких мкс.

Молниезащитный разрядник выталкивающего типа :

Этот тип разрядника также известен как защитная трубка или разрядник выталкивания и обычно ограничивается системами, работающими при напряжении до 33 кВ. Детали конструкции этого разрядника показаны ниже.

В основном состоит из,

Трубка из волокна является очень эффективным газообразующим материалом.
Изолирующий разрядник.
Разрывной искровой разрядник, включенный последовательно со стержневым разрядником, заключен в волоконную трубку. Этот прерывающий разрядник состоит из двух электродов, в которых верхний электрод соединен с стержневым разрядником, а нижний электрод соединен с землей. Под каждым линейным проводом будет находиться по одному разряднику выталкивания.

Когда на линии возникает импульсное напряжение, длина зазора стержня увеличивается, и между электродами в трубке возникает дуга. Нейтральный газ образуется в трубке за счет испарения волокон стенок трубки. Под действием тепла дуги за короткий промежуток времени выделяющийся газ создаст высокое давление, и газ выйдет из трубки.

На нижнем электроде газ, выходящий из трубки, переносит ионизированный воздух вокруг дуги. Дуга гаснет при нулевом токе. А из-за сильного деионизирующего эффекта дуга не восстанавливается. Как только газы будут удалены и дуга погаснет, трубка готова к новой работе. Есть два типа гасителей выброса. Они,

Тип линии передачи и
Тип распределения.

Молниезащитный разрядник из оксида металла :

Молниезащитный разрядник из оксида металла является наиболее часто используемым разрядником в современных энергосистемах. Он состоит из набора последовательно соединенных металлических дисков из оксида цинка, обладающих сильно нелинейным сопротивлением. Из-за высокой степени нелинейности сопротивления в большом диапазоне токов разрядник исключает использование последовательного разрядника. Следовательно, разрядник на основе оксида металла также известен как беззазорный разрядник на основе оксида цинка.

Он рассчитан таким образом, чтобы пиковое значение напряжения между фазой и землей при нормальной работе никогда не превышало суммы номинальных напряжений последовательно соединенных дисков. В нормальных условиях эксплуатации, т. е. при отсутствии перенапряжения, разрядник обеспечивает высокое сопротивление (почти бесконечное) относительно земли. При возникновении перенапряжения на линии металлооксидный разрядник очень быстро реагирует на перенапряжение, уменьшая свое сопротивление.

Поскольку молниезащитный разрядник подключен между фазой и землей, очень большой ток из-за перенапряжения отводится на землю. Следовательно, перенапряжение безопасно отводится на землю, а энергия перенапряжения поглощается разрядником. Как только система достигает нормального номинального напряжения, разрядник обеспечивает высокое сопротивление и действует как разомкнутая цепь. Таким образом, напряжение системы остается неизменным при нормальных условиях.

Молниезащитный разрядник тиритового типа :

Этот тип разрядника обычно используется для защиты от очень высоких напряжений. Тирит представляет собой плотное неорганическое соединение, обладающее особым свойством, состоящим в том, что его сопротивление изменяется от высоких значений при низких напряжениях до низких значений при высоких напряжениях.

Состоит из дисков диаметром 15 см и толщиной 19 мм. Поверхность дисков покрыта металлическим слоем, так что существует электрическая связь между дисками, и все диски заключены в контейнер из глазурованного фарфора.

При возникновении молнии перенапряжение приводит к пробою разрядника и уменьшению сопротивления до низкого значения. Таким образом, бегущая волна сбрасывается на землю. После успешного разряда импульсного напряжения, т. е. когда линейное напряжение становится нормальным напряжением промышленной частоты, тирит восстанавливает свои первоначальные свойства, оказывая высокое сопротивление нормальному напряжению промышленной частоты.

Грозозащитный разрядник со сферическим зазором :

Грозозащитный разрядник со сферическим зазором показан ниже. В этом типе грозового разрядника воздушный зазор образован двумя одинаковыми сферами A и B. Сфера B заземлена, а сфера A подключена к линии Y. Расстояние между двумя сферами можно отрегулировать с помощью калибра. Дроссельная катушка вставлена между фазной обмоткой Y трансформатора и сферой А для отражения любых перенапряжений, которые могут попытаться проникнуть в обмотку трансформатора.

Минимальный воздушный зазор устанавливается таким образом, чтобы разряд не происходил при обычных рабочих напряжениях, а при заданных избыточных напряжениях образовывалась дуга. Эта дуга будет двигаться вверх по сферам, поскольку нагретый воздух вблизи дуги стремится подняться вверх. Дуга будет продолжать двигаться вверх и удлиняться, пока не разорвется автоматически. Импульсный коэффициент разрядника со сферическим зазором равен единице.

Многозазорный грозовой разрядник :

Многозазорные разрядники используются в системах, в которых напряжение сети не превышает 33 кВ. Конструкция многозазорного разрядника показана на рисунке ниже. Этот тип разрядника состоит из серии металлических цилиндров, которые обычно изготавливаются из сплава или цинка. Эти цилиндры изолированы друг от друга и разделены воздушным зазором с небольшими промежутками.

Как показано на рисунке выше, первый цилиндр, т. е. цилиндр 1, соединен последовательно с линией, а последний цилиндр, т. е. цилиндр 3, соединен с землей через последовательное сопротивление.

Поскольку последовательное сопротивление ограничивает силовую дугу, снижается степень защиты от бегущих волн многозазорного разрядника. Эта трудность преодолевается включением шунтирующего сопротивления в некоторые зазоры, например, между цилиндрами 2 и 3, как показано на рисунке выше.

Рабочий :

Когда система исправна, точка 1 будет иметь нормальное напряжение питания, а точка 2 будет иметь потенциал земли. В этом случае напряжение питания не сможет пробить последовательный промежуток. Но в неисправном состоянии, т. е. из-за перенапряжения, происходит пробой между промежутками 1 и 2, и через шунтирующее сопротивление будет протекать большой ток короткого замыкания. После окончания выброса дуги между промежутками 2 и 3 не будет, а оставшаяся мощность пойдет по пути от шунта и последовательного сопротивления к земле.

Следовательно, два сопротивления теперь будут включены последовательно друг с другом и ограничат оставшуюся мощность, из-за чего останется небольшой ток. Этот ток не сможет поддерживать дугу между промежутками 1 и 2, и, следовательно, система снова вернется в нормальное состояние.

Молниезащитный разрядник с оксидной пленкой :

В разрядниках с оксидной пленкой используются определенные сухие химикаты, которые меняют свои свойства с хорошего проводника на изолятор при воздействии тепла. Например, перекись свинца, имеющая удельное сопротивление 1 Ом на кубический дюйм при обычной температуре, превращается в красный свинец примерно при 150°С, при этом его удельное сопротивление составляет порядка 24 миллионов Ом на кубический дюйм.

Ниже показан разрядник из оксидной пленки. Фактический разрядник состоит из ряда ячеек. Каждая ячейка состоит из двух железных электродов, покрытых лаком с одной стороны. Электроды разделены кольцевым кольцом. Образовавшееся таким образом пространство между электродами заполнено перекисью свинца. Каждая ячейка может использоваться для напряжений в диапазоне 250-300 Вольт.

При возникновении перенапряжения на линии пленка лака разрушается в одной или нескольких точках в каждой ячейке и разряд проходит через пероксид свинца, который при нагревании превращается в сурик. Как только это произойдет, выделения прекратятся.

Силовой ток не может течь на землю из-за высокого удельного сопротивления красного провода. Постепенно, однако, вся перекись свинца будет превращена в сурик, но размеры ячейки выбраны так, что пройдет несколько лет, прежде чем она станет непригодной для дальнейшего использования.

Преимущество этого разрядника в том, что он не требует ежедневной зарядки и может использоваться в удаленных местах, где не требуется ежедневный контроль. Но недостатком является то, что он не так чувствителен к более низким типам переходных процессов, потому что действие этого разрядника зависит от разрыва лаковой пленки.

Электролитный разрядник молнии :

Электролитный разрядник использует тонкую пленку гидроксида алюминия, нанесенную на алюминиевые пластины, находящиеся в электролите. Он работает на том факте, что сопротивление пластины уменьшается с увеличением напряжения и оказывает пренебрежимо малое сопротивление напряжению выше критического значения. При низких напряжениях, т. е. при нормальных условиях эксплуатации, пластина имеет высокое сопротивление.

Когда напряжение на линии превышает критическое напряжение пробоя, это вызывает пробой и ток течет на землю. После разряда перенапряжения разрядник снова оказывает высокое сопротивление нормальному напряжению промышленной частоты. Суммарное критическое значение напряжения разрядника можно увеличить за счет увеличения количества пленок. Но этот тип пламегасителя нуждается в ежедневном контроле, а пленку необходимо менять при ее разрушении.