Приборы для ограничения напряжения

Разрядниками принято называть специальные электротехнические приборы, служащие для ограничения перенапряжений, нередко возникающих при эксплуатации действующих электрических сетей. Отметим, что первоначально ими назывались механические изделия, представляющие собой два электрода с искровым промежутком между ними, пробиваемым при определённом напряжении в сети.

По мере усовершенствования электротехнических изделий они были заменены более технологичными устройствами, изготавливаемыми на основе полупроводников и специальных переходов, способных «пробиваться» при высоких напряжениях. Типичными представителями таких приборов являются широко распространённые в электротехнике варисторы.

Известно, что в электрических сетях нередко случаются всплески напряжения, причиной которых могут быть как переключения радиотехнических устройств, так и атмосферные разряды, приводящие к эффекту перенапряжения в цепи.

Несмотря на небольшую длительность таких перенапряжений –  её, как правило, бывает достаточно для того, чтобы повредить (пробить) изоляцию проводов и вызвать короткое замыкание в цепи. Разрядники, устанавливаемые в цепи защищаемого оборудования, резко снижают вероятность короткого замыкания и позволяют использовать существующую изоляцию без опасности её повреждения от высоких напряжений.

Устройство и принцип работы

Чисто конструктивно прибор выполняется в виде двух электродов, помещённых в камеру для гашения дуги. При этом один из этих электродов имеет электрический контакт с защищаемой цепью, а второй – соединяется с землёй. Промежуток между электродами (искровой зазор) может пробиваться при определённом напряжении, что позволяет снять перенапряжение с участка цепи. В данном случае обязательным является условие, чтобы этот промежуток не пробивался при рабочем (действующем) напряжении в сети, т.е. при нормальном режиме её работы.

обозначение

После срабатывания разрядника искровой промежуток между электродами достаточно ионизирован для того, чтобы он смог пробиться даже от рабочего напряжения сети (380 вольт, например). Во избежание такого пробоя (а также вызванного им срабатывания устройств линейной защиты) в устройствах предусматриваются специальные дугогасительные элементы (камеры), способные устранить последствия разряда в самые короткие сроки и предотвратить срабатывание устройств защиты. Обозначение этих элементов на электрических принципиальных схемах производится в соответствии с ГОСТ 2.727—68.

По своей конструкции эти приборы делятся на следующие группы:

  •  воздушные (трубчатые);
  •  газовые;
  •  вентильные;
  •  нелинейные ограничители перенапряжений;
  •  низковольтные модульные устройства.

Воздушные разрядники делятся в свою очередь на устройства открытого и закрытого типа; причём последние конструктивно оформляются в виде трубки, изготавливаемой из специальных полимеров. Материал трубки (полихлорвинил или оргстекло) должен выдерживать кратковременные термические воздействия, сопровождающиеся выделением значительного количества газов и тепла.

При пробое элемента закрытого типа в трубке возникает так называемый газовый разряд (плазма), который гасится посредством специального отверстия, отводящего газы наружу. В элементах открытого типа плазменные газы выбрасываются обычно прямо в атмосферу. Напряжение пробоя устройств этого типа не превышает, как правило, 1 кВ.

Газовые конструкции

По своей конструкции и принципу работы газовые защитные устройства практически ничем не отличаются от своих воздушных собратьев. Разница состоит лишь в том, что трубка, в которой происходит электрический разряд, наполняется инертным газом. Электрический разряд в газонаполненной среде позволяет получить улучшенные характеристики процесса пробоя (увеличивается скорость срабатывания и гашения). Напряжение пробоя этого типа аппаратов исчисляется величинами от 60 вольт до 5 кВ.

Вентильные

вентильныеКонструкция приборов вентильного типа содержит в своём составе два основных узла:

  1. искровой промежуток многократного использования, состоящий из нескольких отдельных искровых промежутков, соединенных между собой в последовательную цепочку;
  2. зону рабочего резистора, составленного из набранных последовательно вилитовых дисков.

Готовая конструкция вентильного разрядника получается путём последовательного соединения всех искровых промежутков с рабочим резистором в единую цепочку.

При разряде наблюдается «пробив» многосекционного искрового промежутка; при этом рабочий резистор необходим для ограничения величины тока разряда до приемлемой величины. Сопротивление вилитового материала имеет нелинейную зависимость от проходящего по нему тока (оно снижается с увеличением силы тока), что позволяет устройству работать с большими токами при относительно низких напряжениях на нём. Поскольку при высокой влажности вилит может менять свои характеристики – рабочий резистор должен быть герметично изолирован от внешней среды. Бесспорным достоинством аппаратов такого типа является бесшумность их срабатывания и отсутствие выбросов пламени и газа.

Ограничители перенапряжений нелинейного типа (ОПН)

опнОграничители ОПН являются в наши дни основным средством защиты высоковольтных сетей от грозовых и коммутационных перенапряжений. Конструктивно они отличаются от вентильных разрядников только отсутствием последовательных искровых промежутков, а также материалом, из которого изготавливается нелинейный элемент разряда (рабочий резистор).

Такие резисторы изготавливаются обычно на основе оксидно-цинковой керамики и способны ограничивать коммутационные перенапряжения до уровня 1,8 U (где U – действующее напряжение в сети), а грозовые – до уровня 2,4U. При таком ограничении проходящий через резисторы ток уменьшается до единиц миллиампер, что позволило конструкторам этих приборов отказаться от используемых в других изделиях искровых промежутков.

Особенностью этой конструкции является то, что при нормальном режиме работы сети через резисторы проходит небольшой ток проводимости, обусловленный действующим в ней напряжением. Длительное протекание таких токов может вызвать старение оксидно-цинковой керамики. Вот почему в процессе эксплуатации необходимо периодически контролировать величину тока проводимости и не допускать увеличения её до значений, вызывающих тепловой пробой и выход разрядника из строя. Резисторы ограничителей ОПН, предназначенных для диапазона напряжений 35-500 кВ, размещаются обычно под цельными и герметичными фарфоровыми крышками.

 

низковольтныеСовременные концепции защиты электросетей предполагают использование низковольтных разрядников (ограничителей перенапряжения), выполняемых в виде специальных модульных конструкций. Известная фирма «Hager», например, использовала при разработке такого оборудования концепцию 3-х ступенчатой защиты от перенапряжений, включающую в себя предварительную, среднего класса и точную степени защиты.

Аппараты этого класса допускается использовать в распределительных устройствах, устанавливаемых как в жилых, так и в производственных помещениях. Внешне они чем то напоминают автоматические выключатели, только вместо ручки переключения – встроенные кнопки.

    Cтатьи из категории: Электротехника

  • Запуск электродвигателя через ПМ

    Как известно, электромагнитный пускатель представляет собой электрический коммутационный прибор, который используется для запуска, защиты и остановки электродвигателей, работающих по асинхронной схеме. Главным рабочим элементом любого пускателя является электромагнитный контактор для […]

  • Электрическое сопротивление изоляции электрооборудования

    Изоляционные свойства отдельных составляющих действующего электрооборудования (к числу которых можно отнести обмотки электродвигателей, кабельные оболочки и т.п.) являются, как известно, важнейшим показателем их работоспособности.

  • Освобождение от действия электрического тока

    Специалисты, допущенные к работе с электрооборудованием, электроустановками и другими видами электрических сетей, кроме регулярных проверок, обязательно проходят различного уровня инструктажи по технике безопасности. Тем не менее, случаи поражения человека электрическим […]

  • Мощность бытовых электроприборов

    Каждому потребителю электроэнергии полезно уметь рассчитывать нагрузку на бытовые розетки, установленные в доме или квартире. Согласно нормативному документу ПЭУ – правилам устройства электроустановок – каждая отдельная квартира имеет свой ввод […]

  • Заземление своими руками

    Заземлением принято называть преднамеренное соединение всех металлических частей электрооборудования (как бытового, так и промышленного назначения) со специальной конструкцией, носящей название устройство заземления и предназначенной для защиты от поражения электротоком обслуживающего […]

  • Электрические розетки

    В современном технологическом обществе, использующем электроэнергию во всех сферах жизнедеятельности использование различных соединителей, таких как электрическая розетка, является обычным делом, не требующим от пользователя особых навыков. Но стоит заметить, что […]

  • Автотрансформаторы напряжения

    В чем отличие автотрансформатора от обычного трансформатора И то, и другое изделие предназначены для питания силовых цепей, однако в отличии от обычного трансформатора, который имеет как минимум две обмотки – […]

  • Как правильно рассчитать сечение проводов под нагрузку

    Чтобы правильно рассчитать необходимое сечение проводов для той или иной полезной электрической нагрузки, для начала полезно разобраться – а зачем это нужно вообще делать?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *