Розрядник

Розря́дник (рос. разрядник; англ. spark-gap, surge arrester) — пристрій, що містить два чи декілька електродів, призначений для здійснення розряджання за певних умов.

Кріплення грозотросу з іскровим розрядником на лінії 750кВ

Спочатку розрядником називали пристрій для захисту від перенапруг, який базується на технології іскрового проміжку. Потім, з розвитком технологій, для обмеження перенапруг почали застосовувати пристрої на основі напівпровідників і метал-оксидних варисторів, стосовно яких продовжують використовувати термін «розрядник».

Загальна інформація

Під час роботи електричного обладнання, можуть виникати напруги, що суттєво перевищують номінальні значення (перенапруги). Вони здатні пробити електричну ізоляцію елементів обладнання з виходом його з ладу. Уникнути пробою, можна шляхом нарощування ізоляційних можливостей обладнання, але це приводить до суттєвого зростання його розміру та ваги. З метою зменшення маси ізоляції запроваджують обмеження напруги за допомогою розрядників і саму ізоляцію обладнання обирають за цим обмеженим значенням перенапруги.

Перенапруги, що виникають поділяють на дві групи: внутрішні (комутаційні) і атмосферні. Перші виникають при комутації елементів електричних кіл (котушок індуктивності, конденсаторів, довгих ліній), дугових замиканнях на землю та інших процесах. Вони характеризуються відносно низькою частотою напруги (до 1000 Гц) і тривалістю впливу до 1 с. Другі, виникають у разі впливу атмосферної електрики, мають імпульсний характер дії напруги і малу тривалість (десятки мікросекунд).

Використання

Використовується для захисту електричної апаратури від перенапруги, викликаної грозовим розрядом блискавки або роботою самого обладнання. Один з електродів розрядника підключається до сигнального проводу або проводу електромережі (фаза чи нуль), а другий — на «землю».

Вимоги, що ставляться до розрядника:

• вольт-секундна характеристика розрядника повинна проходити нижче характеристики об'єкта, що підлягає захисту і повинна бути пологою;
• поріг спрацювання розрядника повинен мати гарантоване значення за промислової частоти (50 Гц) і при імпульсах;
• залишкова напруга на розряднику, що характеризує його обмежувальну здатність, не повинна досягати небезпечних для обладнання значень;
• струм що виникає при спрацюванні розрядника повинен відмикатись за мінімальний час;
• розрядник повинен допускати велике число спрацювань без обслуговування і ремонту.

Види розрядників

Типова низькопотужна плата з захистом від грозових розрядів. Зверніть увагу на MOV-варистори (блакитні диски) і газорозрядники (маленькі сріблясті шпулі)

Вентильний розрядник РВМК-1150

ОПН для мережі 110 кВ

Розрядні роги, повітряний розрядник

Найпримітивніший тип конструкції розрядників, діелектриком у якому виступає повітря. Зазвичай являє собою додаткову арматуру на лініях високих, середніх та низьких напруг, спрацьовує як перший ступінь захисту у випадку прямих попадань блискавки у дроти електромережі або у грозозахисний трос. Може виконуватися у вигляді серії рогів задля створення контрольованості дуги та її відведення за допомогою серії рогів-вставок на безпечну відстань від інших конструкцій під напругою задля уникнення замикань та термічного руйнування ізоляторів. Недоліком такого виду розрядника є фактор варіабельної вологості та провідності повітря, важко передбачувана величина перенапруги, і, як наслідок, важкопрогнозований поріг спрацювання.

Трубчастий повітряний розрядник

Повітряний розрядник виконується у вигляді дугогасної трубки з полімерів, здатних піддаватися термічній деструкції з виділенням значної кількості газів і без значного обвуглювання — поліхлорвінілу або оргскла (на початку XX століття, це була фібра), з різних кінців якої закріплені електроди. Один електрод заземлюється, а другий розташовується на певній відстані від нього (відстань визначає напруга спрацьовування, або пробою, розрядника) і має пряме електричне приєднання до об'єкту захисту. Під час пробою, в трубці виникає інтенсивна газогенерація (плазма), і через вихлопний отвір утворюється поздовжнє дуття, достатнє для гасіння дуги. У повітряному розряднику відкритого типу, викид плазмових газів здійснюється в атмосферу. Напруга пробою повітряних розрядників — понад 1 кВ.

Газорозрядник

Конструкція і принцип дії ідентичні до повітряного розрядника. Електричний розряд відбувається в закритому просторі (керамічна газорозрядна трубка; англ. gas discharge tube - GDT), заповненому інертними газами, які іонізуються під дією перенапруги. Технологія електричного розряду в газонаповненому середовищі дозволяє забезпечити кращі швидкодію і умови гасіння розрядника. Напруга пробою газонаповненого розрядника — від 60 вольт до 5 кіловольт.

Газорозрядник може проводити більший за інші види струм, за тих же розмірів. Як MOV-варистори, газорозрядники мають очікувану довговічність, отже витримуюють, або невелику кількість великих перенапруг, чи значно більшу кількість — невеликих. Для газорозрядника, нетипова велика швидкість (500 В і більше за 100 нс). В деяких випадках, разом з ним треба використовувати і інші (наприклад TVS-діоди), які будуть виконувати шунтування поки почнеться іонізація.

Газорозрядники широко використовують в телекоммунікаційному обладнанні і електротехніці.

Вентильний розрядник (тип РВ)

Вентильний розрядник складається з двох основних компонентів: багатоступеневого іскрового проміжку (що складається з декількох послідовно з'єднаних одиничних іскрових проміжків) і робочого резистора (який будується з послідовного набору вілітових дисків). Багаторазовий іскровий проміжок, послідовно з'єднано з робочим резистором. Через те, що віліт змінює характеристики при зволоженні, робочий резистор герметично відокремлюється від навколишнього середовища. Під час перенапруги багаторазовий іскровий проміжок пробивається, а завдання робочого резистора — знизити значення струму, що виникає, до величини, яка може бути успішно погашена іскровими проміжками. Віліт має особливу властивість — його опір є нелінійним — він зменшується зі зростанням сили струму. Ця властивість дозволяє пропустити більший струм за меншого падіння напруги. Завдяки цій властивості, вентильні розрядники і отримали свою назву. Серед інших переваг вентильних розрядників слід відзначити безшумність спрацьовування і відсутність викидів газу або полум'я.

Магнітовентильний розрядник (тип РВМГ)

РВМГ складається з декількох послідовних блоків з магнітним іскровим проміжком і відповідного числа вілітових дисків. Кожен блок магнітних іскрових проміжків являє собою почергове з'єднання одиничних іскрових проміжків і постійних магнітів, укладену в порцеляновий циліндр.

При пробої в одиничних іскрових проміжках виникає дуга, яка за рахунок дії магнітного поля, що створюється кільцевим магнітом, починає обертатися з великою швидкістю, що забезпечує швидше, порівняно з вентильними розрядниками, дугогасіння.

Нелінійний обмежувач перенапруг (тип ОПН)

Захисні властивості ОПН, як і вентильних розрядників (РВ) базується на нелінійності вольт-амперної характеристики їх робочих елементів, що забезпечують помітне зменшення опору за підвищених напруг і повернення до вихідного стану після зниження напруги до робочого значення. Низька нелінійність вольт-амперної характеристики робочих елементів у розрядниках, не дозволяла забезпечити одночасно і достатньо глибоке обмеження перенапруг і малий струм провідності при дії робочої напруги, від впливу якої, вдавалось відлаштуватись за рахунок уведення послідовно з нелінійним елементом, низки іскрових проміжків. Значно більша нелінійність оксидно-цинкових опорів варисторів в обмежувачах перенапруг ОПН, дозволила відмовитись від використання у їх конструкціях іскрових проміжків, тобто нелінійні елементи ОПН приєднані до мережі протягом усього терміну служби.

Станом на початок 2000-х років, вентильні розрядники практично зняті з виробництва і в більшості випадків, відслужили свій нормативний термін служби. Побудова схем захисту ізоляції обладнання як нових, так і модернізованих підстанцій, від грозових і комутаційних перенапруг тепер здійснюється з використанням ОПН.

Позначення

На електричних принципових схемах розрядники позначаються за ГОСТ 2.727—68.

Умовні познаки розрядників:
1. Узагальнена познака розрядника
2. Розрядник трубчстий
3. Розрядник вентильний й магнітовентильний (РВ, РВМГ)
4. Нелінійний обмежувач перенапруг (ОПН)

Див. також

• Тригатрон
• Обмежувач перенапруг
• Блискавкозахист
• Заземлення блискавкозахисту
• Запобіжник (електрика)
• Електричний реактор
• Релейний захист

Джерела

• Чунихин А. А. Электрические аппараты: Общий курс. Учебник для вузов. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Энергоатомиздат, 1988. — 720 с.
• Вакуленко М. О. Тлумачний словник із фізики / М. О. Вакуленко, О. В. Вакуленко. — К. : Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2008. — 767 с.
• Электрическая часть станций и подстанций: Учебник для вузов / А. А. Васильев, И. П. Крючков, Е. Ф. Наяшкова и др. // Под ред А. А. Васильева. — М.: Энергоатомиздат, 1990. — 567 с.

Посилання

• Разрядники. Газовые разрядники. Характеристики, устройство и применение [Архівовано 5 вересня 2014 у Wayback Machine.] на сайті «CITEL» (рос.)
• Обслуживание разрядников и ограничителей перенапряжений [Архівовано 3 вересня 2014 у Wayback Machine.] на сайті «ukrelektrik.com» (рос.)
• Дмитриев М. В. Применение ОПН в электрических сетях 6-750 кВ. (рос.)