U=C 私α、

ここで、U はバルブ ギャップの非線形抵抗器の抵抗両端の電圧、I は非線形抵抗器を通過する電流、C は 1 A の電流における抵抗に数値的に等しい定数、α はバルブ係数です。

係数 α が小さいほど、非線形抵抗器を通過する電流が変化したときの非線形抵抗器にかかる電圧の変化が小さくなり、バルブ ギャップに残る電圧が低くなります。

バルブアレスタのデータシートに記載されている残りの電圧の値は、正規化されたパルス電流に対して与えられています。 これらの電流の大きさは 3,000 ～ 10,000 A の範囲にあります。

各電流パルスは直列抵抗器に破壊の痕跡を残します - 個々のカーボランダム粒子のバリア層の破壊が発生します。 電流パルスが繰り返し通過すると、抵抗器が完全に破壊され、スパークギャップが破壊されます。 抵抗器の完全な破壊は、電流パルスの振幅と長さが大きくなるほど早く発生します。 したがって、バルブアレスタのスループットは制限されます。 バルブ型避雷器の容量を評価する場合、直列抵抗と火花ギャップの両方の容量が考慮されます。

抵抗器は、避雷器のタイプに応じた振幅で持続時間 20/40 μs の 20 個の電流パルスに損傷なく耐える必要があります。 たとえば、電圧が 3 ～ 35 kV の RVP および RVO タイプのアレスタの場合、電流振幅は 5000 A、電圧が 16 ～ 220 kV ～ 10,000 A の RVS タイプの場合、および電圧が 16 ～ 220 kV ～ 10,000 A の RVM および RVMG タイプの場合、電流振幅は 5000 A です。電圧 3 - 500 kV - 10,000 A。

バルブ式避雷器の保護特性を高めるには、残留電圧を下げる必要があり、直列非直線抵抗器のバルブ係数αを小さくすることで、同時に火花ギャップの消弧性を高めることができます。

スパークギャップの消弧特性を高めると、スパークギャップによって遮断される付随電流を増加させることができるため、直列抵抗の抵抗値を下げることができます。 現在、バルブ式避雷器の技術改良はまさにこの方向に進んでいます。

注意すべきこと アレスタ回路では接地装置が重要です。アースがないと避雷器は動作しません。

バルブアレスタとそれが保護する機器の接地接続が結合されています。 何らかの理由で避雷器が保護対象の機器と別になっている場合、その値は機器の絶縁レベルに応じて規格化されます。

避雷器の設置

徹底的な検査の後、避雷器はレベルと鉛直に合わせて支持構造に設置され、必要に応じて鋼板片がベースの下に配置され、ボルト付きクランプを使用して支持構造に固定されます。

アレスタは保護装置です。 電気機器の絶縁を過電圧から保護するように設計されています。 電気設備の開閉装置ではバルブ型避雷器が使用され、電力線では管状避雷器が使用されます。
バルブアレスタは、非線形の電流電圧特性を持つ作動抵抗器と直列に接続されたスパークギャップで構成されています。 一部のスパーク ギャップでは、シャント抵抗がスパーク ギャップに並列に接続され、スパーク ギャップ間の電圧を均等に分配します。
アレスタの記号の文字は次のことを意味します。 P - アレスタ。 V - バルブ、P - 変電所 (DC 避雷器用に極性); S - ステーション。 M - 磁気爆発あり。 O - 軽量設計。 U - ユニポーラ; K - スイッチング過電圧を制限します。 指定の文字に続く数字は避雷器の電圧を示します。
アレスタは、多くのパラメータによって特徴付けられます。
避雷器の電圧クラスは、避雷器が動作するネットワークの電圧の公称値です。
避雷器の最大許容電圧は、避雷器が確実にアークを消弧できる、製造元が保証する最高電圧の実効値です。
スパークギャップの破壊電圧は、スパークギャップの破壊の瞬間に徐々に増加する電圧の最高値です。
スパークギャップのパルス降伏電圧は、所定の予備放電時間の値におけるスパークギャップの降伏の瞬間におけるパルス電圧の最高値である。 予備放電時間 - パルス電圧の増加の開始からスパークギャップの破壊の瞬間までの時間。
火花ギャップの定格放電電流は、火花ギャップが破壊された後に流れるパルス電流の振幅値です。
スパークギャップが抵抗器で分流されているスパークギャップの伝導電流は、所定の値の直流電圧がギャップに印加されたときにギャップを通過する電流です。 シャント抵抗器のない避雷器の場合、測定される電流は漏れ電流と呼ばれます。
AC バルブアレスタは、過電圧を制限および保護する主な手段として機能します。
RVP-6 避雷器を図に示します。 1. 複数のスパーク ギャップ 12 と直列接続された非線形ビライト抵抗器 b で構成され、磁器ハウジング 7 内に配置され、らせんバネ 3 によって圧縮されます。 複数のスパーク ギャップ ブロックには、紙の中に配置されたいくつかの直列接続された単一スパーク ギャップが含まれます。 baxlite シリンダー 4. シングル スパーク ギャップ このギャップは、絶縁メカナイトまたは電気ボール紙スペーサーに接着された 2 つの成形真鍮電極で構成されます。 非線形直列抵抗器は、ビライト (カーボランダムと液体ガラスをビライトで焼いた混合物) で構成されており、バルブ特性を持っています。つまり、カーボランダムの抵抗は、印加される電圧に応じて変化します。印加電圧が高くなるほど、抵抗は低くなり、その逆も同様です。 ブロック内のスパーク ギャップとコラム内のヴィライト ディスクの数は、スパーク ギャップの定格電圧の値によって異なります。 ディスクが接触する面は接触を良くするためにアルミニウムで金属化されており、ビリティックディスクの側面は漏れ電流の経路を遮断するために絶縁コーティングで覆われています。 ヴィリットディスクのずれを防ぐために、フェルトまたはフェルトガスケットが配置されます。 5. ヴィリットは耐湿性がなく、湿気が多いとバルブ特性が低下します。 したがって、避雷器は耐オゾンゴム製のシール2で密閉され、上部が金属キャップ13で閉じられています。避雷器はクランプ11で支持構造に接続され、ボルト1で通電線に接続されています。したがって、避雷器は、電気設備の相と、保護された絶縁体と並列の接地ループとの間に接続されます。

米。 1. RVP-6型避雷器
通常動作中は、スパークギャップにより相とアースが絶縁されます。 電気設備の絶縁にとって危険な過電圧が発生するとすぐに、スパークギャップの破壊が発生し、その結果、ネットワークが紫鉛質ディスクを介して地面に接続されます。 このとき、ビリティック円盤には最大の電圧が印加されるため、その抵抗は最小となり、地絡電流は最大となります。 地面への放電の結果、ネットワーク内の電圧が低下し、ビリートディスクの抵抗が増加します。 交流アークはゼロを通過すると消え、再び元に戻ります。 スパークギャップに印加される電圧がスパークギャップでアークを維持するには不十分な場合、電流が初めてゼロを通過するときに、スパークギャップを通る電流の流れが停止します。
スパーク ギャップの直径が小さくなり、寸法と重量が削減されたヴィライト ディスクを備えた最新の RVP アレスターは、R​​VO (軽量バルブ アレスター) という名前で製造されています。

2.RVS型避雷器
RVS バルブ アレスタ (ステーション バルブ アレスタ) は、RVS-15、RVS-20、RVS-30、RVS-33、および RVS-35 の 5 つの標準エレメントの形式で製造されます。 これらの要素は、最大 220 kV の電圧に対応する避雷器を組み立てるのに使用されます。 これらは上下に設置され、直列に接続されます。 図では、 図 2 は、磁器ケーシング 1 で構成される RVS 要素を示しています。その中には、貴石のディスク 2 と、いくつかの単一の火花ギャップ 3 からなる一連の火花ギャップ 4 があります。各セットは磁器のシリンダー 5 に囲まれています。すべての火花ギャップと貴石のギャップ磁器ケーシングの端面はカバーで閉じられ、その下にシールゴム 7 が敷かれ、磁器ケーシングは避雷器を支持構造に取り付けるためのフランジ 8 で補強されています。バスバーやワイヤーへの接続にも使用できます。 スパークギャップセットは、それらの間の電圧を均等に分配するように設計された馬蹄形の抵抗器９によって分路される。
図では、 図 3 は、4 つの単一のスパーク ギャップで構成される一連のスパーク ギャップを示しています。 各単一のスパークギャップは、雲母石スペーサによって分離された２つの成形真鍮電極４を含む。 火花ギャップは磁器シリンダー 3 内に配置され、真鍮キャップ 1 で上下が閉じられています。後者は、超硬合金をベースに作られた馬蹄形のシャント抵抗器 2 に接続されています。

米。 3. 避雷器のスパークギャップのセット

米。 4. RVM型避雷器の火花ギャップのブロック
35 ～ 500 kV の電圧には、RVM タイプの電磁弁アレスタが使用されています。 他のタイプの避雷器との違いは、磁気スパークギャップのブロックの存在です (図 4)。 このようなスパーク ギャップの標準ブロックは、ディスク ヴィリット抵抗器を追加して、35 kV の電圧用に製造されています。 磁気スパークギャップのブロックは、リング磁石 3 によって互いに分離された一組の単一スパークギャップ 2 で構成されます。単一スパークギャップは、同心円状に配置された 2 つの銅電極 6 および 8 で構成され、その間に環状スロット 7 が形成されます。スロット内で発生するアークは永久磁石の影響で高速で回転し、これが迅速な消弧に貢献します 一組の永久磁石と単一の火花ギャップが磁器カバー 1 の内側に配置され、鋼鉄カバー 5 で閉じられています。銅の電極は鋼製のバネによってしっかりと圧縮されています 4。

逮捕者– 機器の絶縁を促進するために、発生する過電圧を制限するために使用されます。 発生する過電圧は、内部 (スイッチング) 電圧と大気電圧の 2 つのグループに分類されます。

最初のものは、電気回路（インダクタ、コンデンサ、長い配線）、アースへのアーク故障、およびその他のプロセスを切り替えるときに発生します。 後者は、大気中の電気にさらされると発生します。 最大パルス電圧の放電時間に対する依存性をボルト秒特性と呼びます。 火花ギャップの主な要素は火花ギャップです。 ボルト秒ha-

このギャップの特性 (図の曲線 1) は、保護される機器のボルト秒特性 (曲線) よりも下になければなりません。 2)。 過電圧が発生すると、保護される機器が絶縁される前にギャップを突破する必要があります。故障後、線路は避雷器の抵抗を介して接地されます。 この場合、線路の電圧は避雷器を通過する電流 I、避雷器と接地の抵抗によって決まります。 これらの抵抗が低いほど、過電圧はより効果的に制限されます。つまり、可能な電圧 (曲線) 間の差が大きくなります。 4) および避雷器は制限されています (曲線 3)。 特定の値と形状の電流パルスが流れている間のスパーク ギャップにかかる電圧は、残留電圧と呼ばれます。 この電圧が低いほど、避雷器の品質は高くなります。

チューブ状ギャップは、ガス発生材料（繊維、ビニールプラスチック）で作られたチューブの形をした、強制アーク消弧用の装置を備えたスパークギャップです。 これに伴う短絡電流アークは、燃焼温度が上昇するとチューブからの激しいガス放出によりオフになります。

1 管、2 ロッド電極、3 リング電極、4 接地電極。バッファボリューム 5 があり、圧縮ガスの位置エネルギーが蓄積されます。 電流がゼロを通過すると、バッファボリュームからガス爆発が発生し、アークの効果的な消弧に貢献します。 S 1、S 2 – スパークギャップ。 TR の具体的な欠点は、排気ゾーンが存在することであり、これは機器や操作担当者にとって危険です。 TR では、電界の不均一性が大きいため、急峻なボルト秒特性を持つロッド電極によってギャップが形成されます。 この点に関して、TR は次の目的で使用されます。p/st へのアプローチを保護します。 低電力機器の保護 p/st 3 ～ 10 kV。 AC主電源保護接点。

バルブアレスター。 主な要素は、紫鉛リング、スパークギャップ、および動作抵抗です。 これらの要素は磁器のケーシング内にあります , 避雷器を固定して接続するための特別なフランジが端にあります。 避雷器ケーシングは、プレートとシールゴムガスケットを使用して端がシールされています。 overU が出現すると、連続して接続されたスパーク ギャップのブロックが突破されます。 電流パルスは動作抵抗を介してグランドに接続されます。 結果として生じる随伴電流は、随伴電流アークを消滅させる条件を作り出す抵抗器の動作によって制限されます。 これらの抵抗の R は Uwork で高く、U で急激に減少します。 非直線性抵抗体の材料としては、非直線性係数が0.1～0.2のビリットが使用されます。 動作抵抗はディスクの形で作られています。 単一のスパークギャップは、アークの消滅条件を改善するために接続されています。 均一な電界を確保する電極形状により、フラットな電圧秒特性が得られます。 電流パルスの持続時間が短い場合、火花ギャップの閉じた容積内に電荷を形成することは困難である。 スパークギャップのイオン化を促進するために、マイカナイトガスケットが電極間に配置されます。

アレスタ - 酸化亜鉛 (110 ～ 500 kV) をベースとした高い非直線性 (0.04) の抵抗器を使用します。 これらの抵抗により、スイッチング電圧を (1.65 ～ 1.8) Uph のレベルに制限し、雷を (2.2 ～ 2.4) Uph のレベルに制限することができます。 避雷器の設計は、抵抗ディスクの直列または並列セットによって行われ、1 つの並列列の抵抗器の間で動作すると、n*0.01 mA の電流が流れます。 スパークギャップは必要ありません。 デバイスがトリガーされた後に流れる付随電流は、抵抗で放出される電力が小さいのと同様に小さい (ミリアンペア) です。 これにより、複数のスパークギャップの連続接続を回避でき、避雷器を保護対象機器に直接接続できるため、動作の信頼性が大幅に向上します。

28.09.2015

デバイス、外観

タイプに関係なく、避雷器には抵抗器と同様にスパーク ギャップが必要です。つまり、動作用と分路用です。 次に、構造を磁器本体に配置し、強化溶液を使用してすべてのフランジを閉じます。 これはまさに変電所や開閉装置で見られるものです。

防湿塗料とエナメルが使用され、補強材の上に配置されます。 避雷器はクラス電圧が異なり、マイカナイトワッシャーの数（スパークギャップはそれらから作られます）、および動作抵抗器の抵抗に対する比率が決まります。

開閉装置の動作中、電圧が降伏電圧まで増加すると、逆に作動抵抗器の抵抗が低下し、これはその非線形性を示します。

ビリティック (あまり一般的ではありませんが、ターバイト) ディスクは、動作する抵抗器の基礎として使用されます。 それらは吸湿性などの特性によって区別され、アレスタハウジングと接続ジョイントの気密シールの必要性を説明します。

避雷器の主な種類

• RVN、RVO、RVE、RVP、および RVS 避雷器は、開閉装置やその他の高電圧機器を雷雨時の故障から保護するためにのみ使用されます。 後者は、スイッチング スイッチに比べてパルス持続時間が短く、スパーク ギャップによってアークを消す能力によってその機能が制限されるため、このことはこれらのタイプのデバイスにとって重要です。 すべてのリード線はこのような避雷器の構造から出ています。設計は、次々に接続されたスパークギャップと動作抵抗で構成されています。
• RVRD、RVMG、および RVM: 開閉装置にあるこれらの避雷器は、アークを消すことができます。 この可能性は、永久磁石から作用する磁場によって実現されます。スパークギャップ内でアークが伸びて消えます。 これらのタイプのデバイスは、開閉装置やその他の高電圧機器を雷放電の破壊的な影響から保護するだけでなく、短期間のスイッチング過電圧からも保護することができます。
• RVMK アレスタは、スイッチング過電圧に対する最良の保護策であり、その設計には次のモジュールが含まれています。
• スパーク、スパークギャップのみからなる、
• 抵抗のみで表されるバルブ、
• メインのものは、動作抵抗とスパークギャップの両方が配置されています。

避雷器の設計と動作原理

1.基本情報

管状避雷器

バルブアレスタ

直流避雷器

サージキラー

長い火花ギャップ

1.基本情報

電気設備を動作させると、定格値を大幅に超える電圧（過電圧）が発生することがあります。 これらの過電圧は、機器コンポーネントの電気絶縁を破壊し、設備に損傷を与える可能性があります。 電気絶縁の破壊を避けるためには、これらの過電圧に耐える必要がありますが、過電圧は定格電圧の 6 ～ 8 倍になる可能性があるため、機器全体の寸法が過度に大きくなります。 絶縁を容易にするために、結果として生じる過電圧は避雷器を使用して制限され、機器の絶縁はこの制限された過電圧値に従って選択されます。 発生する過電圧は、内部 (スイッチング) 電圧と大気電圧の 2 つのグループに分類されます。 最初のものは、電気回路（インダクタ、コンデンサ、長い配線）、アースへのアーク故障、およびその他のプロセスを切り替えるときに発生します。 これらは、印加電圧の周波数が比較的低く (最大 1000 Hz)、暴露時間が最大 1 秒であることが特徴です。 後者は大気中の電気にさらされると発生し、印加電圧はパルス状で持続時間は短い（数十マイクロ秒）。 パルス中の絶縁の電気強度は、パルスの形状とその振幅によって異なります。 最大パルス電圧の放電時間に対する依存性をボルト秒特性と呼びます。 不均一な電界による絶縁は、急激に下降するボルト秒特性によって特徴付けられます。 均一な電界では、ボルト秒特性は平坦で、時間軸とほぼ平行になります。

図1。 避雷器と保護機器の特性の調整

過電圧避雷器の電気設備

火花ギャップの主な要素は火花ギャップです。 このギャップのボルト秒特性 (図 1 の曲線 1) は、保護される機器のボルト秒特性 (曲線 2) よりも低くなければなりません。 過電圧が発生すると、保護される機器が絶縁される前にギャップを突破する必要があります。 故障後、線路は避雷器の抵抗を介して接地されます。 この場合、ライン上の電圧は、スパークギャップを通過する電流I、スパークギャップ、および接地抵抗Rзによって決まります。 これらの抵抗が低いほど、過電圧はより効果的に制限されます。 可能性のある過電圧 (曲線 4) と避雷器で制限された過電圧 (曲線 3) の差はより大きくなります。 絶縁破壊中、電流パルスがスパークギャップを通って流れます。

特定の値と形状の電流パルスが流れている間のスパーク ギャップにかかる電圧は、残留電圧と呼ばれます。 この電圧が低いほど、避雷器の品質は高くなります。 電流パルスの通過後、スパークギャップはイオン化され、定格相電圧によって容易に突破されます。 アースへの短絡が発生し、工業用周波数の電流がスパークギャップを通って流れます。これを随伴と呼びます。 それに伴う電流は広い範囲内で変化する可能性があります。 機器がリレー保護からオフにならないようにするには、この電流を避雷器によってできるだけ短い時間 (工業用周波数の約半サイクル) でオフにする必要があります。

避雷器には次の要件が適用されます。

避雷器のボルト秒特性は、保護対象物の特性よりも低く、平坦である必要があります。

スパーク ギャップのスパーク ギャップは、工業用周波数 (50 Hz) およびパルス中に一定の保証された電気強度を備えている必要があります。

避雷器の制限容量を特徴付ける残留電圧は、機器の絶縁にとって危険な値に達してはなりません。

50 Hz のフォロー電流は、最小限の時間内にオフにする必要があります。

避雷器は、検査や修理を行わずに多数の動作を可能にする必要があります。

図2. 避雷器の指定

ロシアの電気回路図では、避雷器は GOST 2.727-68 に従って指定されています。

避雷器の一般的な名称

管状避雷器

バルブおよび電磁弁アレスタ

業界では、RN、RVN、RNA​​、RVO、RVS、RVT、RVMG、RVRD、RVM、RVMA、RMVU およびチューブラー シリーズのバルブ アレスタを製造しています。

RN - 低電圧避雷器。電圧 0.5 kV の電気機器の絶縁を大気中の過電圧から保護するように設計されています。

RVN 避雷器はバルブタイプで、大気中の過電圧から電気機器の絶縁を保護します。

RNA アレスタは、変圧器の高電圧ブッシングの絶縁を監視するデバイスを保護するように設計されています。

RVRD アレスタは、伸縮アークを備えたバルブ タイプで、大気中および短期間の内部過電圧から電気機械の絶縁を保護するように設計されています。

RMVU アレスタは、バルブ型の磁気式ユニポーラで、直流設備におけるトラクション電気機器の絶縁の過電圧保護用に設計されています。

アレスタ RA - シリーズ A は、最大 3000 A の定格励磁電流を持つ大型同期機 (タービン発電機、水素発生器、補償器) の励磁巻線を過電圧から保護するように設計されています。

RVO アレスタ - バルブタイプの軽量設計。 アレスタ RVS - バルブステーション; アレスタ RVT - バルブタイプ、電流制限。 PC - 農業用電気設備を保護するためのバルブアレスタ。 RVM、RVMG、RVMA、RVMK シリーズの避雷器 - 磁気消弧機能を備えたバルブ型、改良版 G と A を組み合わせたもので、大気中および短期間の内部過電圧 (避雷器の容量内) から保護するように設計されています。定格電圧 15 ～ 500 kV の発電所および交流変電所。

管状避雷器 RTV および RTF - ビニール プラスチックまたはファイバー ベークライト。大気中の過電圧から送電線の絶縁を保護し、電圧 3、6、10、35 の駅および変電所の電気機器の絶縁を保護するその他の保護手段を使用して設計されています。 110kV。

管状避雷器

図3. 管状避雷器

設備の通常動作中、管状避雷器 (図 3) は空隙 S2 によって線路から分離されています。 過電圧が発生すると、ギャップ S1 と S2 が破壊され、パルス電流がグランドに迂回されます。 パルス電流が避雷器を通過した後、工業用周波数の随伴電流が流れます。 アークは、電極 2 と 3 の間のギャップ S1 にあるガス発生材料 (ビニルプラスチックまたはファイバー) で作られたホルダー (チューブ) 1 の狭いチャネル内で点灯します。 ケージ内の圧力が上昇します。 結果として生じるガスは、リング電極３の穴を通って逃げることができる。電流がゼロを通過すると、スパークギャップから出るガスによるギャップＳ１の冷却によりアークが消える。 接地電極４は緩衝容積５を有し、そこに圧縮ガスの位置エネルギーが蓄積される。 電流がゼロを通過すると、バッファボリュームからガス爆発が発生し、アークの効果的な消弧に貢献します。

工業用周波数の最大切り替え可能電流は、ホルダーの機械的強度によって決まり、ファイバーベークライトホルダーの場合は 10 kA、エポキシ樹脂上のガラス布で強化されたビニールプラスチックホルダーの場合は 20 kA です。 周波数 50 Hz の付随電流は、スパーク ギャップの位置によって決まり、電力システムの動作モードに応じてかなり広い範囲で変化します。 したがって、避雷器が設置されている場所の短絡電流の最小値と最大値を知っておく必要があります。

最小スパークギャップ電流は、チューブの消火能力によって決まります。 排気チャンネルの直径が小さくなるほど、その長さは長くなり、スイッチオフ電流の下限は低くなります。 ただし、大電流ではチューブ内に高圧が発生します。 チューブの機械的強度が不足すると避雷器が破損する恐れがあります。 現在、最大 20 kA の最大開閉電流を備えた高強度ビニル プラスチック アレスタが製造されています。

管状避雷器の動作には、強力な音響効果とガスの放出が伴います。 したがって、PTB-I10避雷器のガス放出ゾーンは直径3.5m、高さ2.2mの円錐形となっており、避雷器を配置する際にはこのゾーンに高電位元素が入らないようにする必要があります。

火花ギャップの保護特性は、火花ギャップのボルト秒特性に大きく依存します。 管状スパークギャップでは、ギャップはロッド電極によって形成され、電界の不均一性が大きいため、急峻なボルト秒特性を持ちます。 同時に、絶縁材料をより完全に活用し、サイズと重量を削減するために、保護されるデバイスや機器内の電界を均一にするよう努めています。 均一な電界では、ボルト秒特性は平坦になり、実際には時間にほとんど依存しません。 この点で、急峻なボルト秒特性を備えた管状避雷器は、変電所機器の保護には適していません。 通常、これらはライン絶縁体 (ペンダント絶縁体によって作成される絶縁体) のみを保護します。 管状避雷器を選択する場合は、設置場所で考えられる最小および最大の短絡電流を計算し、これらの電流に基づいて適切な避雷器を選択する必要があります。 避雷器の定格電圧は、定格主電源電圧に対応している必要があります。 内部 S1 ギャップと外部 S2 ギャップの寸法は、特別な表に従って選択されます。

バルブアレスタ

米。 4. バルブの火花ギャップ (a) とその拡大スケール (b)

PBC-1O タイプの避雷器 (10 kV 局の紫鉛製避雷器) を図 4 の a に示します。 主な要素は、ビライトリング 1、スパークギャップ 2、および作動抵抗器 3 です。これらの要素は磁器ケーシング 4 の内側にあり、その端にはスパークギャップを固定および接続するための特別なフランジ 5 があります。 動作抵抗器 3 は、湿気が存在するとその特性が変化します。 また、避雷器内部の壁や部品に水分が付着すると、絶縁が悪くなり、重畳する可能性があります。 湿気の侵入を防ぐために、避雷器ケーシングの端はプレート 6 とシールゴムガスケット 7 を使用してシールされています。

避雷器の動作は次の順序で行われます。 過電圧が発生すると、スパークギャップ2の3つの直列接続ブロックが突き抜けます(図4、b)。 電流パルスは動作抵抗を介してグランドに接続されます。 結果として生じる随伴電流は、随伴電流アークを消滅させる条件を作り出す抵抗器の動作によって制限されます。

スパークギャップの破壊後のスパークギャップの電圧

動作抵抗によって決定されるスパークギャップ抵抗 Rр が線形の場合、スパークギャップの電圧は電流に比例して増加し、保護対象の機器の許容値を超える可能性があります。 電圧 Uр を制限するために、抵抗 Rр は非線形であり、電流の増加とともに減少します。 この場合の電圧と電流の関係は次のように表されます。

ここで、A は 1 A の電流で抵抗 Rp にかかる電圧を特徴付ける定数です。 α は非線形性指数です。 α=0 の場合は、電圧 Up が電流に依存しないため、理想的です。

説明されている避雷器は、パルス電流により抵抗が急激に低下し、比較的小さな電圧降下で大電流を流すことができるため、バルブ型と呼ばれます。

図5。 ビリット抵抗器のボルトアンペア特性

Vilit は非線形抵抗器の材料として広く使用されています。 高電流領域では、その非直線性指数は α=0.13 ～ 0.2 です。 ビライト抵抗器の典型的な電流電圧特性を図 5 の a に示します。 低電流では、抵抗 Rp が高く、電圧は電流の増加に伴って直線的に増加します (領域 A)。 大電流では、抵抗は急激に減少し、電圧 Uр はほとんど増加しません (領域 B)。

ウィライトの基礎は、約 10-2 オーム・メートルの抵抗率を持つ SiC カーボランダム粒子です。 厚さ10-7μmの酸化ケイ素SiO2の膜がカーボランダム粒子の表面に形成され、その抵抗はそれに加えられる電圧に依存します。 低電圧では、フィルムの抵抗率は 104 ～ 106 Ohm m です。 印加電圧が増加すると、膜抵抗は急激に減少します。抵抗は主にカーボランダム粒子によって決まり、電圧降下は制限されます。

作動抵抗体は直径0.1～0.15m、高さ(20～60)・10-3mの円盤状に作られ、水ガラスを使用してカーボランダム粒子同士を強固に結合させています。

ヴィリットは非常に吸湿性が高いです。 湿気から保護するために、ディスクの円筒面は絶縁コーティングで覆われています。 端面は接触し、金属化されています。

通常、ディスクの形をしたいくつかの動作抵抗器が直列に接続されます（図 3a には 10 個のディスクが示されています）。 n 個のディスクがある場合、残りの電圧は次のようになります。

残電圧を下げるためには、ディスクの枚数 n をできるだけ少なくする必要があります。

電流が流れると、ディスクの温度が上昇します。 振幅が大きく持続時間が短い（数十マイクロ秒）電流パルスが流れると、抵抗器は高温になる時間がありません。 工業用周波数 (1 半サイクルは 10 ミリ秒) の小さな電流でも長時間流れると、温度が許容値を超え、ディスクがバルブ特性を失い、避雷器が故障する可能性があります。

直径 100 mm のディスクの電流パルスの最大許容振幅は、パルス幅 40 μs で 10 kA です。 持続時間が 2000 μs の方形パルスの許容振幅は 150 A を超えません。ディスクはそのような電流を 20 ～ 30 回通過しても損傷はありません。

パルス電流がスパークギャップを通過した後、電源周波電流である付随電流が流れ始めます。 電流がゼロに近づくと、ワイライトの抵抗が急激に増加し、電流の正弦波形状が歪みます。 回路抵抗が増加すると、電流と、電流と電圧の間の位相角 φ が減少します (φ->0)。 図 5b は、動作中の抵抗器の電流曲線を示しています。 ここで、1 は電源電圧 50 Hz です。 2 - 誘導リアクタンス X によって決定される回路電流曲線。 3 - 動作抵抗によって決定される電流の曲線 (Rр>>X)。 抵抗Rpの非直線性により、帰還電圧(電源周波数電圧)が低下します。 電流がゼロに近づく速度を下げると、電流がゼロの領域でのアーク出力が減少します。 これらすべてにより、放電ギャップの電極間で燃えているアークを消すプロセスが容易になります。 スパークギャップに真鍮の電極を使用しているため、電流がゼロを通過した後、各陰極の近くにギャップが形成され、その耐電圧は1.5 kVです。 これにより、ゼロを電流が最初に通過する間に付随する電流が確実に消滅し、特別なアーク消弧装置を使用せずに火花ギャップ内のアークを消滅させることができます。

バルブギャップのスパークギャップの設計は、図4のbから明らかです。 均一な電界を確保する電極形状により、フラットな電圧秒特性が得られます。 電極間の距離は(0.5-1)10-3mと仮定します。

電流パルスの持続時間が短い場合、火花ギャップの閉じた容積内に電荷を形成することは困難である。 スパークギャップのイオン化を促進するために、マイカナイトガスケットが電極間に配置されます。 空気の誘電率はマイカナイトに含まれる雲母の誘電率よりも大幅に小さいため、電極付近の空気の体積に高い電場勾配が発生し、初期のイオン化が引き起こされます。 結果として生じる電子は、スパークギャップの中心で急速に放電を形成します。

単一のスパークギャップは、実効電圧値 1 ～ 1.5 kV で振幅 80 ～ 100 A の付随電流をオフにできることが実験的に確立されています。 この電圧に基づいてユニットギャップの数が選択されます。 動作する抵抗ディスクの数は、最大電流値が 80 ～ 100 A を超えないようにする必要があります。この場合、アークは 1 半サイクルで確実に消えます。

産業用周波数で均一な負荷を確保するために、ギャップは非線形抵抗器 1 で分流されます (図 4)。 ディスクの熱抵抗は、それに伴う電流が 1 または 2 半サイクル流れるように設計されています。

内部過電圧は本質的に低周波であり、最大 1 秒間続くことがあります。 vilit は熱抵抗が低いため、内部過電圧を制限するために使用できません。 内部過電圧を制限するために、vilit と同様の材料 tervit が使用されます。これは、高い熱抵抗と増加した非線形指数 α = 0.15 ～ 0.29 を備えています。

図6. 避雷器とテルビット抵抗器を組み合わせたもの

Tervit ディスクは、内部 (スイッチング) 過電圧と外部 (大気) 過電圧の両方から保護するように設計された複合避雷器 (図 6、a) で使用されます。 内部過電圧の間、非線形抵抗器 HP1 と HP2 の両方が動作します (図 6b の曲線 1a)。 大気過電圧時には、大電流により、HP2 の電圧がギャップ IP2 を突き抜け、保護されたラインの電圧が低下します (曲線 2)。

バルブアレスタは静かに動作します。 動作回数は、避雷器の下端とアースの間に接続された特別な記録計によって記録されます。 最も信頼できるのは電磁記録装置で、パルス電流が流れるとそのアーマチュアが計数装置のラチェット機構に作用します。

図に示す火花ギャップを使用します。 図４ｂに示すように、２００〜２５０Ａの電流をオフにすることは不可能である。この場合、永久磁石を備えた磁気発破室がアークを消すために使用される。 スパークギャップで発生するアークは、磁場の影響を受けてセラミック機械の狭いスロットに押し込まれます。 この原理に基づいて、最大 500 kV の電圧に対応する避雷器が作成されました。 ディスクの直径を 150 mm に大きくすることで、ディスクの熱抵抗を高めることができます。 その結果、磁気バルブアレスタを組み合わせることで、内部過電圧と大気過電圧の両方を制限することが可能になります。

バルブアレスタの主な特徴:

消滅電圧 Uext は、避雷器に印加される最高電力周波数電圧であり、この電圧で随伴電流が確実に遮断されます。 この電圧は避雷器の特性によって決まります。 避雷器に印加される電源周波数電圧は、回路パラメータによって異なります。 1 つの相の地絡中に、自由相に過電圧が発生した場合、避雷器に印加される消滅電圧は次の式で決定されます。

ここで、Kz は中性点接地の方法に応じた係数です。 Unom - ネットワークの定格線間電圧。 接地中性線の設置の場合は Kc = 0.8、絶縁中性線の場合は Kc = 1、1。

クエンチング電流Ｉｇａｓｈは、クエンチング電圧Ｕｇａｓｈに対応する付随電流として理解される。

スパークギャップの消弧効果は次の係数によって特徴付けられます。

ここで、Upr はスパーク ギャップの周波数 50 Hz での降伏電圧です。

非線形抵抗器の保護効果は、保護係数によって特徴付けられます。

ここで、Uost は 5 ～ 14 kA のパルス電流での避雷器にかかる電圧です。 この電圧は、保護された絶縁体の放電電圧より 20 ～ 25% 低くなければなりません。

4.直流避雷器

図7。 直流避雷器

設備を DC 過電圧から保護するために、バルブアレスタを使用できます。 ただし、DC アークを消すのは交流よりもはるかに困難です。 電極近傍の電圧降下を利用するには、電極の各ペアの電圧が 20 ～ 30 V を超えてはいけないため、非常に多くのスパーク ギャップが必要になります。

アークを消すには、永久磁石を使用した磁気ブラストを使用することをお勧めします。 結果として生じる電気力学的力により、耐アーク性の絶縁材料で作られた狭いスロット内でアークが高速で移動します。 アークが集中的に冷却されると、その抵抗が増加し、電流が停止します。

電圧 3 kV DC のネットワーク用のバルブアレスタを図 7 に示します。 動作抵抗器 1 は、磁気消弧機能を備えた 2 つのスパーク ギャップ 2 に接続された 2 つの紫鉛質ディスクで構成されています。 スペースとディスク間の確実な接触は、通電要素でもあるスプリング 3 を使用して実現されます。 避雷器の主要要素は磁器ケーシング 6 内にあり、蓋 7 で下から閉じられています。避雷器はゴムシール 5 を備えた蓋 4 によって密封されています。

サージキラー

電流電圧特性の顕著な非線形性を持つ酸化亜鉛に基づいて、110 ～ 500 kV の定格電圧用の一連の非線形サージ抑制器 (OSS) が開発されました。

避雷器は、高い非線形係数を持つ非線形抵抗器です。 α=0.04 (対ヴィリットの場合は 0.1 -0.2)。 放電ギャップなしで保護対象物(電位出力とグランド間)に並列に接続されます。 定格相電圧では非直線性が高いため、避雷器に流れる電流は 1 mA で無視できます。 電圧が増加すると、避雷器の抵抗が急激に減少し、避雷器を流れる電流が増加します。 2.2 Uph の電圧では、避雷器に 10 の電流が流れます。 4A. 電圧パルスの通過後、避雷器回路の電流はネットワークの相電圧によって決まります。

図8。 リミッターOPN-500の電流電圧特性

SPD は、スイッチング過電圧を 1.8Uph のレベルに制限し、大気過電圧を (2 ～ 2.4)Uph に制限します。 避雷器-500 の電流-電圧特性 (図 8) から、過電圧が 2Uph から Uph に減少すると、抵抗器を流れる電流が 10/10 減少することが明らかです。 6一度。 デバイスがトリガーされた後に流れる付随電流は、抵抗で放出される電力が小さいのと同様に小さい (ミリアンペア) です。 これにより、複数のスパークギャップの連続接続を回避でき、避雷器を保護対象機器に直接接続できるため、動作の信頼性が大幅に向上します。

避雷器抵抗器の高い非直線性 (大電流範囲用) α ≈0.04) は、特に 750 および 1150 kV の電圧で、過電圧を大幅に低減し、機器の寸法を縮小することができます。避雷器の全体の寸法と重量は、同じ電圧クラスの従来のバルブ アレスタよりもはるかに小さくなります。

長い火花ギャップ

RDIのアイデアの著者であるポドポルキン・ゲオルギー・ヴィクトロヴィッチ（技術科学博士、サンクトペテルブルク工科大学教授、IEEE上級会員）と技術科学候補のシヴァエフ・アレクサンダー・ドミトリエヴィッチは、RDIに関する最初の実験を開始した。ロングスパーク放電器の開発は 1989 年に遡り、1992 年に著作者証明書を取得しました。

図9。 ロングスパークギャップ回路

避雷器の動作原理は、滑り放電効果の利用に基づいており、避雷器の表面に沿って長いパルスの重なりが提供され、これにより、パルスの重なりが電力アークに移行するのを防ぎます。工業用周波数電流。 滑り放電が発生する RDI 放電要素は、保護される線路絶縁体の長さよりも数倍長い長さを持っています。 避雷器の設計により、保護された絶縁体と比較してインパルス電気強度が低くなります。 ロングスパークアレスタの主な特徴は、パルス雷フラッシュオーバの長さが長いため、短絡アークが発生する確率がゼロに減少することです。

RDI にはさまざまな改良があり、目的や使用される架空線の機能が異なります。

RDI の主な利点は、放電がデバイスの内部ではなく、空気中を通ってデバイスに沿って発生することです。 これにより、製品の耐用年数を大幅に延ばし、信頼性を高めることができます。

ロングスパークループ型避雷器（LSLD）

RDIP-10 は、電圧 6 ～ 10 kV の三相交流の架空送電線を、保護された裸線で誘導雷過電圧とその影響から保護するように設計されており、マイナス 60 °C ～プラス 50 °C で 30 年間。

ロングスパークモジュラーアレスタ (RDIM)

RDIM は、架空送電線 (OHT) や、裸線と保護された電線を使用した 6、10 kV の三相交流電圧の変電所へのアプローチの直撃雷および誘導雷過電圧から保護するように設計されています。

RDIM は最高のボルト秒特性を備えているため、架空線変電所へのアプローチを保護するだけでなく、直撃雷にさらされる線路のセクションを保護するために使用することをお勧めします。

RDIM は、抵抗材料で作られたコードを備えた 2 つのケーブル部分で構成されています。 ケーブル部分は一緒に折り畳まれて、3 つのビット モジュール 1、2、3 が形成されます。