U=C Iα,

gdzie U jest napięciem na rezystancji nieliniowego rezystora ogranicznika zaworowego, I jest prądem przepływającym przez nieliniowy rezystor, C jest stałą, liczbowo równą rezystancji przy prądzie 1 A, α wynosi współczynnik zaworu.

Im mniejszy jest współczynnik α, tym mniej zmienia się napięcie na nieliniowym rezystorze, gdy zmienia się przepływający przez niego prąd, i tym mniejsze jest napięcie pozostałe na ograniczniku zaworowym.

Wartości pozostałych napięć podane w paszporcie ogranicznika zaworowego podane są dla znormalizowanych prądów udarowych. Wartości tych prądów mieszczą się w przedziale 3000-10000 A.

Każdy impuls prądu pozostawia ślad zniszczenia w rezystorze szeregowym - następuje przebicie warstwy barierowej poszczególnych ziaren karborundu. Wielokrotne przejście impulsów prądowych prowadzi do całkowitego przebicia rezystora i zniszczenia iskiernika. Pełne przebicie rezystora następuje im szybciej, tym większa jest amplituda i długość impulsu prądowego. Dlatego wydajność ogranicznika zaworu jest ograniczona. Przy ocenie przepustowości ograniczników zaworowych uwzględnia się przepustowość zarówno rezystorów szeregowych, jak i iskierników.

Rezystory muszą wytrzymać bez uszkodzeń 20 impulsów prądowych o czasie trwania 20/40 µs i amplitudzie zależnej od typu ogranicznika. Przykładowo dla ograniczników przepięć typu RVP i RVO o napięciu 3–35 kV amplituda prądu wynosi 5000 A, dla typów RVS o napięciu 16–220 kV – 10 000 A, a dla typów RVM i RVMG o napięcie 3–500 kV–10 000 A.

Aby poprawić właściwości ochronne ogranicznika zaworowego, konieczne jest zmniejszenie pozostałego napięcia, co można osiągnąć poprzez zmniejszenie współczynnika zaworowego α szeregowego rezystora nieliniowego przy jednoczesnym zwiększeniu właściwości łukowych iskierników.

Zwiększenie właściwości gaszenia łuku iskiernikowego pozwala na zwiększenie odcinanego przez nie prądu towarzyszącego, a co za tym idzie, pozwala na zmniejszenie rezystancji rezystora szeregowego. Właśnie w ten sposób przebiega obecnie techniczne doskonalenie ograniczników zaworowych.

Należy zauważyć że w obwodzie ogranicznika zaworu ważne jest urządzenie uziemiające. W przypadku braku uziemienia ogranicznik nie może działać.

Uziemienie ogranicznika zaworu i chronionego przez niego sprzętu są połączone. W przypadkach, gdy ogranicznik zaworu z jakiegoś powodu jest oddzielony od urządzenia chronionego, jego wartość jest normalizowana w zależności od poziomu izolacji urządzenia.

Montaż ograniczników

Po dokładnym sprawdzeniu ograniczniki montuje się na konstrukcjach wsporczych, wyrównuje i w razie potrzeby wyrównuje z okładziną pod podstawą segmentów z blachy stalowej i mocuje do podpór za pomocą obejmy ze śrubami.

Ograniczniki przepięć są urządzeniami ochronnymi. Przeznaczone są do ochrony izolacji urządzeń elektrycznych przed przepięciami. Ograniczniki zaworowe stosowane są w rozdzielnicach instalacji elektrycznych, natomiast ograniczniki rurowe stosowane są na liniach elektroenergetycznych.
Ograniczniki zaworów składają się z iskierników połączonych szeregowo z rezystorem roboczym o nieliniowej charakterystyce prądowo-napięciowej. W niektórych ogranicznikach rezystory bocznikowe są połączone równolegle z iskiernikami, aby równomiernie rozprowadzić napięcie między nimi.
W symbolach ograniczników litery oznaczają: R - ogranicznik; V - zawór, P - podstacja (spolaryzowana dla ograniczników prądu stałego); C - stacja; M - z nadmuchem magnetycznym; О - lekka konstrukcja; U - jednobiegunowy; K - aby ograniczyć przepięcia przełączające. Liczby następujące po literach w oznaczeniu wskazują napięcia ogranicznika.
Ograniczniki charakteryzują się szeregiem parametrów.
Klasa napięciowa ogranicznika jest wartością nominalną napięcia sieciowego, przy którym ogranicznik ma pracować.
Najwyższe dopuszczalne napięcie ogranicznika to wartość skuteczna najwyższego napięcia gwarantowanego przez producenta, przy którym ogranicznik niezawodnie gaśnie łuk.
Napięcie przebicia ogranicznika jest największą wartością płynnie narastającego napięcia w chwili przebicia ogranicznika.
Impulsowe napięcie przebicia ogranicznika jest największą wartością napięcia impulsowego w chwili przebicia ogranicznika dla danej wartości czasu wstępnego rozładowania. Czas wstępnego rozładowania - czas od początku narastania napięcia impulsowego do przebicia iskiernika.
Znamionowy prąd wyładowczy ogranicznika jest wartością amplitudy prądu pulsacyjnego, który przepływa przez ogranicznik po jego przebiciu.
Prąd przewodzenia ogranicznika, którego iskierniki są bocznikowane przez rezystory, to prąd przepływający przez ogranicznik po przyłożeniu do niego napięcia stałego o określonej wartości. W przypadku ograniczników, które nie mają rezystorów bocznikowych, prąd mierzony w tym przypadku nazywany jest prądem upływowym.
Podstawowym sposobem ograniczania przepięć i ochrony przed nimi są ograniczniki przepięć prądu przemiennego.
Ogranicznik RVP-6 pokazano na ryc. 1. Składa się z iskierników wielokrotnych 12 i połączonych szeregowo nieliniowych rezystorów wilitowych b, umieszczonych w porcelanowej obudowie 7 i ściskanych sprężyną spiralną 3. Blok iskierników wielokrotnych obejmuje kilka pojedynczych iskierników połączonych szeregowo, umieszczonych w cylindrze papierowo-bakslitowym 4. Pojedyncza iskra szczelina składa się z dwóch ukształtowanych mosiężnych elektrod przyklejonych do izolacyjnej przekładki mekanitowej lub elektrokartonowej. Rezystor szeregowy nieliniowy wykonany jest z wilitu (wypalanej wilitem mieszaniny karborundu z ciekłym szkłem), który ma właściwości zaworowe, to znaczy rezystancja karborundu zmienia się w zależności od przyłożonego do niego napięcia: im wyższe przyłożone napięcie, tym obniżyć jego opór i odwrotnie. Liczba iskierników w bloku i tarczach wilitowych w kolumnie zależy od wartości napięcia znamionowego ogranicznika. Płaszczyzny, z którymi stykają się dyski, są metalizowane aluminium dla lepszego kontaktu, a boczne powierzchnie dysków wilitowych pokryte są powłoką izolacyjną, która blokuje drogę prądów upływowych. Aby zapobiec przesuwaniu się krążków wilitu, umieszcza się filcowe lub filcowe podkładki. 5. Vilite nie jest odporny na wilgoć i pod wpływem wilgoci pogarszają się jego właściwości zaworowe. Dlatego ogranicznik jest uszczelniony uszczelką 2 wykonaną z gumy odpornej na ozon i zamknięty od góry metalowym kołpakiem 13. Ogranicznik jest połączony z konstrukcją wsporczą za pomocą obejmy 11, z przewodami przewodzącymi prąd za pomocą śruby 1, a do ziemi - kołkiem 9. W ten sposób ogranicznik jest włączany pomiędzy fazą instalacji elektrycznej a pętlą masy równolegle do chronionej izolacji.

Ryż. 1. Ogranicznik typu RVP-6
Podczas normalnej pracy iskierniki zapewniają izolację pomiędzy fazą a masą. Gdy tylko pojawi się przepięcie niebezpieczne dla izolacji instalacji elektrycznej, następuje przebicie iskierników, w wyniku czego sieć zostaje połączona z ziemią za pomocą tarcz wilitowych. W tym momencie na dyski wilitowe przyłożone jest maksymalne napięcie, więc ich rezystancja będzie najmniejsza, a prąd zwarcia doziemnego będzie największy. W wyniku wyładowania do ziemi spada napięcie w sieci i wzrasta rezystancja dysków wilitu. Łuk prądu przemiennego gaśnie po przejściu przez zero, a następnie zostaje ponownie przywrócony. Kiedy napięcie przyłożone do iskiernika jest niewystarczające do utrzymania łuku w iskiernikach, przy pierwszym przejściu prądu przez zero jego przepływ przez iskiernik zatrzymuje się.
Zmodernizowany ogranicznik RVP o zmniejszonej średnicy iskierników i tarczach wilitowych o zmniejszonych wymiarach i masie produkowany jest pod nazwą RVO (lekki ogranicznik zaworowy).

2. Ogranicznik typu RVS
Ogranicznik zaworu RVS (ogranicznik stacji zaworowej) produkowany jest w postaci pięciu standardowych elementów: RVS-15, RVS-20, RVS-30, RVS-33 i RVS-35. Z tych elementów kompletne są ograniczniki na napięcia do 220 kV. Są one instalowane jeden na drugim i łączone szeregowo. Na ryc. Na ryc. 2 przedstawiono element RVS składający się z osłony porcelanowej 1, wewnątrz której znajdują się 2 tarcze wilitowe i komplety iskierników 4, składające się z kilku pojedynczych iskierników 3. Każdy komplet zamknięty jest w porcelanowym cylindrze 5. Wszystkie iskierniki i tarcze wilitowe ściskane są przez sprężyny śrubowe 6. Osłona porcelanowa zamknięta jest od strony czołowej pokrywami, pod którymi ułożona jest guma uszczelniająca 7. Osłona porcelanowa jest wzmocniona kołnierzami 8, które służą również do mocowania iskiernika do konstrukcji nośnej jak podłączyć go do magistrali lub przewodów. Zestawy iskierników są bocznikowane rezystorami w kształcie podkowy 9, zaprojektowanymi tak, aby równomiernie rozprowadzać napięcie między nimi.
Na ryc. Fig. 3 przedstawia zestaw iskierników składający się z czterech pojedynczych iskierników. Każdy pojedynczy iskiernik zawiera dwie kształtowe mosiężne elektrody 4 oddzielone mikanitową przekładką. Iskierniki umieszczone są w porcelanowym cylindrze 3, zamkniętym od góry i od dołu mosiężnymi pokrywami 1. Do tego ostatniego przymocowane są rezystory bocznikowe w kształcie podkowy 2, wykonane na bazie węglika.

Ryż. 3. Zestaw iskierników ogranicznika

Ryż. 4. Blok iskierników ogranicznika typu RVM
Dla napięć 35-500 kV zastosowano magnetyczne ograniczniki zaworowe typu RVM. Różnią się one od innych typów iskierników obecnością bloków iskierników magnetycznych (rys. 4). Takie standardowe bloki iskierników, uzupełnione o rezystory tarczowe, produkowane są na napięcie 35 kV. Blok iskierników magnetycznych składa się z zestawu pojedynczych iskierników 2 oddzielonych od siebie magnesami pierścieniowymi 3. Iskiernik pojedynczy zbudowany jest z dwóch koncentrycznie rozmieszczonych elektrod miedzianych 6 i 8, pomiędzy którymi utworzona jest pierścieniowa szczelina 7. Łuk powstający w szczelinie obraca się pod działaniem magnesów trwałych z dużą prędkością, co przyczynia się do jego szybkiego wygaszenia. Zestaw magnesów trwałych i pojedynczych iskierników umieszczony jest wewnątrz porcelanowej opony 1, zamkniętej stalowymi osłonami 5. Magnesy i miedź elektrody są mocno ściśnięte stalową sprężyną 4.

Rozładowarki- służą do ograniczania powstających przepięć w celu ułatwienia izolacji urządzeń. Powstałe przepięcia dzielą się na dwie grupy: wewnętrzne (przełączeniowe) i atmosferyczne.

Pierwsze z nich powstają podczas przełączania obwodów elektrycznych (cewki indukcyjne, kondensatory, długie linie), zwarć łukowych do masy i innych procesów. Te ostatnie powstają pod wpływem elektryczności atmosferycznej. Zależność maksymalnego napięcia impulsu od czasu rozładowania nazywana jest charakterystyką woltosekundową. Głównym elementem ogranicznika jest iskiernik. Volt-sekunda ha-

Charakterystyka tej przerwy (krzywa 1 na ryc.) musi leżeć poniżej charakterystyki woltosekundowej chronionego sprzętu (krzywa 2). W przypadku wystąpienia przepięcia szczelina musi przebić się przed izolacją chronionego sprzętu. Po przebiciu linia jest uziemiana poprzez rezystancję ogranicznika. W tym przypadku napięcie w linii zależy od prądu I przepływającego przez ogranicznik, rezystancji ogranicznika i uziemienia. Im niższe są te rezystancje, tym skuteczniej ograniczane są przepięcia, tj. im większa jest różnica pomiędzy możliwymi (krzywą 4) oraz ogranicznik przepięć (krzywa 3). Napięcie na ograniczniku podczas przepływu impulsu prądowego o danej wartości i kształcie nazywa się napięciem pozostałym. Im niższe to napięcie, tym lepsza jakość ogranicznika.

Iskiernik rurkowy to iskiernik wyposażony w urządzenie gaszące łuk wymuszony, w postaci rurki wykonanej z materiału wytwarzającego gaz (włókno, tworzywo winylowe) tj. łuk towarzyszącego prądu zwarciowego zostaje wyłączony w wyniku intensywnego wydzielania się gazu przez rurę przy zwiększonym spalaniu t.

1 rurka, elektroda 2 prętowa, 3 elektroda pierścieniowa, 4 elektroda uziemiona, gdzie znajduje się objętość buforowa5, w której gromadzi się energia potencjalna sprężonego gazu. Gdy prąd przejdzie przez zero, z objętości bufora powstaje podmuch gazu, który przyczynia się do skutecznego wygaszenia łuku. S 1 , S 2 - iskierniki. Specyficzną wadą TR jest obecność strefy wyciągowej, która jest niebezpieczna dla sprzętu i personelu konserwacyjnego. W TS szczelinę tworzą elektrody prętowe o stromej charakterystyce woltosekundowej ze względu na dużą niejednorodność pola elektrycznego. W związku z tym TR ma zastosowanie: do ochrony podejść do p / st; sprzęt ochronny małej mocy p / st 3-10 kV; styk ochronny sieci prądu przemiennego.

Ograniczniki zaworów. Głównymi elementami są pierścienie vilitowe, iskierniki i rezystory robocze. Elementy te znajdują się wewnątrz porcelanowej obudowy , który na końcach posiada specjalne kołnierze do mocowania i łączenia ogranicznika. Obudowa ogranicznika jest uszczelniona na końcach za pomocą płytek i uszczelek gumowych. W momencie wystąpienia błysku przebijają się kolejno połączone bloki iskierników. W takim przypadku impuls prądu przez rezystory robocze zamyka się do masy. Powstały prąd następczy jest ograniczany przez rezystory robocze, które stwarzają warunki do wygaszenia łuku następczego. R tych rezystorów jest duże przy Uwork i gwałtownie spada przy U. Vilite stosowany jest jako materiał na rezystory nieliniowe o współczynniku nieliniowości 0,1-0,2. Rezystory robocze wykonane są w postaci dysków. W celu poprawy warunków gaszenia łuku zastosowane zostaną połączenia z pojedynczą iskiernikiem. Kształt elektrod zapewnia równomierne pole elektryczne, co pozwala uzyskać płaską charakterystykę woltosekundową. Pojawienie się ładunku w zamkniętej objętości iskiernika przy krótkim czasie trwania impulsu prądowego jest trudne. Aby ułatwić jonizację iskiernika, pomiędzy elektrodami umieszcza się mikanitową przekładkę.

OPN - stosują rezystory o dużej nieliniowości (0,04) na bazie tlenku cynku (dla 110-500 kV). Rezystory te umożliwiają ograniczenie przełączania U na poziomie (1,65-1,8) Uf, a rezystorów odgromowych na poziomie (2,2-2,4) Uf. Konstrukcja ogranicznika przepięć odbywa się za pomocą szeregowego lub równoległego zestawu tarcz oporowych, a przy Uworking h / z jedna równoległa kolumna rezystorów ma prąd n * 0,01 mA, tj. nie ma potrzeby stosowania iskiernika. Prąd towarzyszący płynący po uruchomieniu urządzenia jest niewielki (miliampery), podobnie jak moc wydzielana na rezystorach. Pozwala to na rezygnację z sekwencyjnego łączenia kilku iskierników i pozwala na bezpośrednie podłączenie ogranicznika przepięć do zabezpieczanego sprzętu, co znacznie zwiększa niezawodność działania.

28.09.2015

Urządzenie, wygląd

Niezależnie od rodzaju ograniczniki koniecznie posiadają iskierniki, a także rezystory: roboczy i bocznikowy. Następnie konstrukcję umieszcza się w porcelanowej obudowie i zamyka we wszystkich kołnierzach za pomocą zapraw wzmacniających. Tak widzimy je w podstacjach i rozdzielnicach.

Stosuje się odporną na wilgoć farbę i emalię, które umieszcza się na zbrojeniu. Ograniczniki różnią się klasą napięcia, która określa liczbę podkładek mikanitowych (z nich wykonane są iskierniki), a także ich stosunek do rezystancji rezystora roboczego.

Podczas pracy rozdzielnicy, gdy napięcie wzrasta do przebicia, wręcz przeciwnie, rezystancja rezystora roboczego spada, co wskazuje na jego nieliniowość.

Podstawą rezystora roboczego są dyski Vilite (rzadko - tervit). Wyróżniają się taką właściwością jak higroskopijność, co wyjaśnia potrzebę szczelności obudowy ogranicznika i połączeń łączących.

Główne typy ograniczników

• Ograniczniki RVN, RVO, RVE, RVP i RVS służą wyłącznie do ochrony rozdzielnic i innych urządzeń wysokiego napięcia przed awariami podczas burzy. Te ostatnie charakteryzują się krótszym czasem trwania impulsu w porównaniu do przełączalnych, co jest istotne w przypadku tego typu urządzeń, ponieważ ich możliwości są ograniczone możliwością gaszenia łuku iskiernikami. Wszystkie wnioski wynikają ze składu takich ograniczników: konstrukcja składa się z połączonych jedna za drugą iskierników i rezystancji roboczej.
• RVRD, RVMG i RVM: te ograniczniki w dowolnej rozdzielnicy są w stanie ugasić łuk. Możliwość tę osiąga się dzięki polu magnetycznemu, które działa na magnesy trwałe: w iskierniku łuk rozciąga się i zanika. Urządzenia tego typu są w stanie nie tylko chronić rozdzielnice lub inne urządzenia wysokiego napięcia przed niszczycielskim działaniem wyładowań atmosferycznych, ale także chronić przed krótkotrwałymi przepięciami łączeniowymi.
• Najlepszym zabezpieczeniem przed przepięciami łączeniowymi będą ograniczniki RVMK, w swojej konstrukcji posiadają następujące moduły:
• iskra, składająca się wyłącznie z iskierników,
• zawór, który jest reprezentowany tylko przez rezystory,
• główny, w którym znajdują się zarówno rezystory robocze, jak i iskierniki.

Układ i zasada działania ograniczników

1. Informacje ogólne

Ograniczniki rurowe

Ograniczniki zaworów

Ograniczniki prądu stałego

Ograniczniki przepięć

Długie przerwy iskrowe

1. Informacje ogólne

Podczas pracy instalacji elektrycznych powstają napięcia, które mogą znacznie przekroczyć wartości nominalne (przepięcie). Przepięcia te mogą przebić izolację elektryczną elementów urządzenia i spowodować uszkodzenie instalacji. Aby uniknąć uszkodzenia izolacji elektrycznej, musi ona wytrzymać te przepięcia, jednak całkowite wymiary sprzętu są zbyt duże, ponieważ przepięcia mogą być 6-8 razy wyższe niż napięcie znamionowe. Aby ułatwić izolację, powstałe przepięcia są ograniczane za pomocą ograniczników, a izolacja sprzętu jest dobierana zgodnie z tą ograniczoną wartością przepięcia. Powstałe przepięcia dzielą się na dwie grupy: wewnętrzne (przełączeniowe) i atmosferyczne. Pierwsze z nich powstają podczas przełączania obwodów elektrycznych (cewki indukcyjne, kondensatory, długie linie), zwarć łukowych do masy i innych procesów. Charakteryzują się stosunkowo niską częstotliwością przyłożonego napięcia (do 1000 Hz) i czasem ekspozycji do 1 s. Te ostatnie powstają pod wpływem elektryczności atmosferycznej, mają pulsacyjny charakter działających napięć i krótki czas trwania (dziesiątki mikrosekund). Wytrzymałość elektryczna izolacji podczas impulsów zależy od kształtu impulsu, jego amplitudy. Zależność maksymalnego napięcia impulsu od czasu rozładowania nazywana jest charakterystyką woltosekundową. W przypadku izolacji o nierównomiernym polu elektrycznym charakterystyczna jest gwałtownie opadająca charakterystyka woltosekundowa. Przy jednolitym polu charakterystyka woltosekundowa jest płaska i przebiega prawie równolegle do osi czasu.

Ryc.1. Dopasowanie charakterystyki ogranicznika i chronionego sprzętu

instalacja elektryczna ogranicznika przepięć

Głównym elementem ogranicznika jest iskiernik. Charakterystyka woltosekundowa tej przerwy (krzywa 1 na rys. 1) musi leżeć poniżej charakterystyki woltosekundowej chronionego sprzętu (krzywa 2). W przypadku wystąpienia przepięcia szczelina musi przebić się przed izolacją chronionego sprzętu. Po przebiciu linia jest uziemiana poprzez rezystancję ogranicznika. W tym przypadku napięcie w linii zależy od prądu I przepływającego przez ogranicznik, rezystancji ogranicznika i uziemienia Rg. Im niższe są te rezystancje, tym skuteczniej ograniczane są przepięcia, tj. różnica pomiędzy możliwym przepięciem (krzywa 4) a przepięciem ograniczonym przez ogranicznik (krzywa 3) jest większa. Podczas przebicia przez iskiernik przepływa impuls prądowy.

Napięcie na ograniczniku podczas przepływu impulsu prądowego o danej wartości i kształcie nazywa się napięciem pozostałym. Im niższe to napięcie, tym lepsza jakość ogranicznika. Po przejściu impulsu prądowego iskiernik okazuje się zjonizowany i łatwo ulega przebiciu pod wpływem znamionowego napięcia fazowego. Do ziemi dochodzi do zwarcia, w którym przez ogranicznik przepływa prąd o częstotliwości przemysłowej, co nazywa się towarzyszącym. Prąd następczy może zmieniać się w szerokim zakresie. Aby uniknąć wyłączenia urządzenia od zabezpieczenia przekaźnikowego, prąd ten musi zostać wyłączony przez ogranicznik w możliwie najkrótszym czasie (około półcyklu częstotliwości przemysłowej).

Na ograniczniki nakładane są następujące wymagania.

Charakterystyka woltosekundowa ogranicznika musi być niższa od charakterystyki chronionego obiektu i musi być płaska.

Iskiernik ogranicznika musi mieć określoną gwarantowaną wytrzymałość elektryczną przy częstotliwości przemysłowej (50 Hz) i impulsach.

Pozostałe napięcie na ograniczniku, które charakteryzuje się jego obciążalnością graniczną, nie powinno osiągnąć wartości niebezpiecznych dla izolacji urządzenia.

Prąd następczy o częstotliwości 50 Hz musi zostać wyłączony w minimalnym czasie.

Ogranicznik musi umożliwiać dużą liczbę operacji bez kontroli i naprawy.

Ryc.2. Oznaczenie ograniczników

Na schematach obwodów elektrycznych w Rosji ograniczniki są oznaczone zgodnie z GOST 2.727-68.

Ogólne oznaczenie ogranicznika

Ogranicznik rurowy

Zawór ogranicznika przepięć i zawór magnetyczny

Przemysł produkuje ograniczniki zaworów serii RN, RVN, RNA, RVO, RVS, RVT, RVMG, RVRD, RVM, RVMA, RMVU oraz rurowe.

Ogranicznik RN - niskie napięcie, przeznaczony jest do ochrony izolacji przed przepięciami atmosferycznymi urządzeń elektrycznych o napięciu 0,5 kV.

Ogranicznik RVN - zawór, do ochrony przed przepięciem atmosferycznym izolacji urządzeń elektrycznych.

Ogranicznik RC przeznaczony jest do ochrony urządzeń monitorujących izolację przepustów wysokiego napięcia transformatorów.

Ogranicznik RVRD jest ogranicznikiem zaworowym z łukiem rozciągającym, przeznaczonym do ochrony izolacji maszyn elektrycznych przed przepięciami atmosferycznymi i krótkotrwałymi przepięciami wewnętrznymi.

Ogranicznik RMVU jest zaworowym, magnetycznym, jednobiegunowym, przeznaczonym do ochrony przed przepięciami izolacji trakcyjnych urządzeń elektrycznych w instalacjach prądu stałego.

Ogranicznik RA - serii A, przeznaczony jest do ochrony przed przepięciami uzwojeń wzbudzenia dużych maszyn synchronicznych (turbinożerców, hydrogeneratorów i kompensatorów) o znamionowym prądzie wzbudzenia do 3000 A.

Arrester RVO - lekka konstrukcja zaworu; ogranicznik RVS - stacja zaworowa; ogranicznik RVT - zawór, ograniczający prąd; ogranicznik PC - zawór do ochrony instalacji elektrycznych do celów rolniczych; ograniczniki serii RVM, RVMG, RVMA, RVMK - typ zaworowy z tłumieniem łuku magnetycznego, modyfikacje G i A, łączone, przeznaczone do ochrony przed przepięciami atmosferycznymi i krótkotrwałymi przepięciami wewnętrznymi (w zakresie pojemności ograniczników) izolacji urządzeń elektrowni i podstacji prądu przemiennego o napięciu znamionowym 15 -500 kV.

Ograniczniki rurowe RTV i RTF - z tworzywa winylowego lub bakelitu włóknistego, przeznaczone do ochrony izolacji linii elektroenergetycznych przed przepięciami atmosferycznymi oraz z innymi środkami ochrony do ochrony izolacji urządzeń elektrycznych stacji i podstacji o napięciu 3, 6, 10, 35, 110 kV.

Ograniczniki rurowe

Ryc.3. Ogranicznik rurowy

Iskiernik rurowy (rys. 3) podczas normalnej pracy instalacji jest oddzielony od przewodu szczeliną powietrzną S2. W przypadku wystąpienia przepięcia szczeliny S1 i S2 przebijają się i prąd pulsacyjny jest odprowadzany do ziemi. Po przejściu prądu pulsacyjnego przez ogranicznik przepływa prąd towarzyszący o częstotliwości przemysłowej. W wąskim kanale uchwytu (rury) 1 materiału wytwarzającego gaz (tworzywo winylowe lub włókno) w szczelinie S1 między elektrodami 2 i 3 zapala się łuk. Wewnątrz klatki wzrasta ciśnienie. Powstałe gazy mogą wydostać się przez otwór w elektrodzie pierścieniowej 3. Kiedy prąd przejdzie przez zero, łuk gaśnie w wyniku chłodzenia szczeliny S1 przez gazy opuszczające iskiernik. W elektrodzie uziemionej 4 znajduje się objętość buforowa 5, w której gromadzi się energia potencjalna sprężonego gazu. Gdy prąd przejdzie przez zero, z objętości bufora powstaje podmuch gazu, który przyczynia się do skutecznego wygaszenia łuku.

Graniczny prąd przerywany o częstotliwości przemysłowej jest określony przez wytrzymałość mechaniczną oprawki i wynosi 10 kA dla oprawki z bakelitu włóknistego i 20 kA dla tworzywa winylowego wzmocnionego włóknem szklanym na żywicy epoksydowej. Prąd towarzyszący o częstotliwości 50 Hz jest określony przez lokalizację ogranicznika i zmienia się w dość szerokim zakresie w zależności od trybu pracy systemu elektroenergetycznego. Dlatego muszą być znane minimalne i maksymalne wartości prądu zwarciowego w miejscu zainstalowania ogranicznika.

Minimalny prąd ogranicznika jest określony przez zdolność hartowania rury. Im mniejsza średnica kanału wylotowego, tym większa jego długość, tym dolna granica prądu podlegającego wyłączeniu. Jednak przy dużych prądach w rurze powstaje wysokie ciśnienie. Jeżeli wytrzymałość mechaniczna rury jest niewystarczająca, ogranicznik może ulec zniszczeniu. Obecnie produkowane są ograniczniki z tworzywa winylowego o dużej wytrzymałości, o najwyższym prądzie wyłączalnym do 20 kA.

Pracy iskiernika rurkowego towarzyszy silny efekt dźwiękowy i emisja gazów. Tym samym strefa emisji gazów ogranicznika PTB-I10 ma kształt stożka o średnicy 3,5 i wysokości 2,2 m. Podczas umieszczania ograniczników należy zwrócić uwagę, aby elementy o wysokim potencjale nie wpadły do ​​tej strefy.

Charakterystyka ochronna ogranicznika zależy w dużej mierze od charakterystyki woltosekundowej iskiernika. W rurowej iskierniku szczelina jest utworzona przez elektrody prętowe o stromej charakterystyce woltosekundowej ze względu na dużą niejednorodność pola elektrycznego. Jednocześnie dąży się do ujednolicenia pola elektrycznego w chronionych urządzeniach i sprzęcie, aby lepiej wykorzystać materiały izolacyjne oraz zmniejszyć wymiary i masę. Przy jednolitym polu charakterystyka woltosekundowa okazuje się płaska, praktycznie w niewielkim stopniu zależna od czasu. Pod tym względem ograniczniki rurowe o stromej charakterystyce woltosekundowej nie nadają się do ochrony urządzeń podstacji. Zwykle chroniona jest nimi tylko izolacja liniowa (izolacja zapewniana przez izolatory podwieszane). Przy wyborze ogranicznika rurowego należy obliczyć możliwy minimalny i maksymalny prąd zwarciowy w miejscu montażu i na podstawie tych prądów dobrać odpowiedni ogranicznik. Napięcie znamionowe ogranicznika musi odpowiadać napięciu znamionowemu sieci. Wymiary szczelin wewnętrznych S1 i zewnętrznych S2 dobierane są według specjalnych tabel.

Ograniczniki zaworów

Ryż. Rys. 4. Ogranicznik zaworu (a) i jego iskierniki w powiększonej skali (b)

Ogranicznik przepięć typu PBC-1O (ogranicznik stacjonarny na 10 kV) pokazano na rys. 4a. Głównymi elementami są pierścienie wilitowe 1, iskierniki 2 i rezystory robocze 3. Elementy te znajdują się wewnątrz porcelanowej obudowy 4, która na końcach posiada specjalne kołnierze 5 umożliwiające montaż i podłączenie iskiernika. Rezystory robocze 3 zmieniają swoje właściwości w obecności wilgoci. Ponadto wilgoć osadzająca się na ściankach i częściach wewnątrz ogranicznika pogarsza jego izolację i stwarza możliwość nakładania się. Aby wykluczyć przenikanie wilgoci, obudowa ogranicznika jest uszczelniona na końcach za pomocą płytek 6 i gumowych uszczelek 7.

Praca ogranicznika przebiega w następującej kolejności. W przypadku wystąpienia przepięcia przebijają się trzy połączone szeregowo bloki iskierników 2 (rys. 4b). W takim przypadku impuls prądu przez rezystory robocze zamyka się do masy. Powstały prąd następczy jest ograniczany przez rezystory robocze, które stwarzają warunki do wygaszenia łuku następczego.

Po przebiciu iskierników napięcie na ograniczniku

Jeżeli rezystancja ogranicznika Rr wyznaczona przez rezystory robocze jest liniowa, wówczas napięcie na ograniczniku wzrasta proporcjonalnie do prądu i może przekroczyć wartość dopuszczalną dla zabezpieczanego sprzętu. Aby ograniczyć napięcie Ur, rezystancja Rr jest nieliniowa i maleje wraz ze wzrostem prądu. Zależność między napięciem i prądem w tym przypadku wyraża się jako

gdzie A jest stałą charakteryzującą napięcie na rezystancji Rp przy prądzie 1 A; α - wskaźnik nieliniowości. Przypadek, gdy α=0 jest idealny, gdyż napięcie Up nie zależy od prądu.

Opisane ograniczniki nazywane są ogranicznikami zaworowymi, ponieważ przy prądach impulsowych ich rezystancja gwałtownie spada, co umożliwia przepuszczenie dużego prądu przy stosunkowo małym spadku napięcia.

Ryc.5. Charakterystyka woltoamperowa rezystora vilitycznego

Vilite jest szeroko stosowany jako materiał na rezystory nieliniowe. W obszarze dużych prądów jego wskaźnik nieliniowości α=0,13-0,2. Typową charakterystykę prądowo-napięciową rezystora vilite pokazano na ryc. 5, a. Przy małych prądach rezystancja Rp jest duża, a napięcie rośnie liniowo wraz ze wzrostem prądu (obszar A). Przy dużych prądach rezystancja gwałtownie maleje, a napięcie Ur prawie nie wzrasta (obszar B).

Vilite bazuje na ziarnach karborundu SiC o rezystywności około 10-2 Ohm-m. Na powierzchni ziaren karborundu tworzy się warstwa tlenku krzemu SiO2 o grubości 10-7 m, której rezystancja zależy od przyłożonego do niej napięcia. Przy niskich napięciach rezystywność folii wynosi 104–106 omów. Wraz ze wzrostem przyłożonego napięcia rezystancja folii gwałtownie maleje, o rezystancji decydują głównie ziarna karborundu, a spadek napięcia jest ograniczony.

Rezystory robocze wykonane są w postaci dysków o średnicy 0,1-0,15 m i wysokości (20-60) 10-3 m. Za pomocą płynnego szkła ziarna karborundu są ze sobą trwale połączone.

Vilite jest bardzo higroskopijny. Aby chronić przed wilgocią, cylindryczna powierzchnia dysków pokryta jest powłoką izolacyjną. Powierzchnie końcowe są stykowe i metalizowane.

Zwykle kilka rezystorów roboczych w postaci dysków łączy się szeregowo (ryc. 3a pokazuje 10 dysków). Przy n dyskach pozostałe napięcie

Aby zmniejszyć pozostałe naprężenia, liczba dysków n powinna być jak najmniejsza.

Kiedy przepływa prąd, temperatura tarcz wzrasta. Gdy przepływa impuls prądowy o dużej amplitudzie, ale krótkotrwały (dziesiątki mikrosekund), rezystory nie mają czasu na rozgrzanie się do wysokiej temperatury. Przy długim przepływie nawet małych prądów o częstotliwości przemysłowej (jeden półcykl wynosi 10 ms) temperatura może przekroczyć dopuszczalną wartość, dyski tracą swoje właściwości zaworowe, a ogranicznik ulega awarii.

Maksymalna dopuszczalna amplituda impulsu prądowego dla dysku o średnicy 100 mm wynosi 10 kA przy czasie trwania impulsu 40 μs. Dopuszczalna amplituda impulsu prostokątnego o czasie trwania 2000 μs nie przekracza 150 A. Dysk przepuszcza takie prądy 20-30 razy bez uszkodzeń.

Po przejściu prądu pulsacyjnego przez ogranicznik zaczyna płynąć prąd towarzyszący, będący prądem o częstotliwości sieciowej. Gdy prąd zbliża się do zera, opór więdnięcia gwałtownie wzrasta, co prowadzi do zniekształcenia sinusoidalnej formy prądu. Wzrost rezystancji obwodu prowadzi do zmniejszenia prądu i kąta fazowego φ pomiędzy prądem i napięciem (φ-> 0). Rysunek 5b pokazuje krzywe prądu w rezystorze roboczym. Tutaj 1 to napięcie źródła 50 Hz; 2 - krzywa prądu obwodu, określona przez rezystancję indukcyjną X; 3 - krzywa prądu wyznaczanego przez rezystor roboczy (R>>X). Ze względu na nieliniowość rezystora Rp napięcie powrotne (napięcie częstotliwości sieciowej) jest zmniejszone. Zmniejszenie szybkości zbliżania się prądu do zera powoduje zmniejszenie mocy łuku w obszarze prądu zerowego. Wszystko to ułatwia proces wygaszenia łuku płonącego pomiędzy elektrodami szczeliny wyładowczej. Ze względu na zastosowanie mosiężnych elektrod w iskiernikach, po przejściu prądu przez zero, w pobliżu każdej katody powstaje szczelina, której wytrzymałość elektryczna wynosi 1,5 kV. Zapewnia to wygaszenie prądu następczego przy pierwszym przejściu prądu przez zero i umożliwia wygaszenie łuku w iskiernikach bez stosowania specjalnych urządzeń do gaszenia łuku.

Urządzenie iskiernika ogranicznika zaworu jest jasne z ryc. 4, b. Kształt elektrod zapewnia równomierne pole elektryczne, co pozwala uzyskać płaską charakterystykę woltosekundową. Przyjmuje się, że odległość między elektrodami wynosi (0,5-1) 10-3 m.

Pojawienie się ładunku w zamkniętej objętości iskiernika przy krótkim czasie trwania impulsu prądowego jest trudne. Aby ułatwić jonizację iskiernika, pomiędzy elektrodami umieszcza się mikanitową przekładkę. Ponieważ stała dielektryczna powietrza jest znacznie mniejsza niż stała dielektryczna miki, która jest częścią mikanitu, w objętości powietrza przyelektrodowego powstają duże gradienty pola elektrycznego, powodując jego początkową jonizację. Powstałe elektrony prowadzą do szybkiego powstania wyładowania w środku iskiernika.

Ustalono eksperymentalnie, że pojedynczy iskiernik jest w stanie wyłączyć towarzyszący mu prąd o amplitudzie 80-100 A przy efektywnej wartości napięcia 1-1,5 kV. Na podstawie tego napięcia dobierana jest liczba pojedynczych przerw. Liczba tarcz rezystora roboczego powinna być taka, aby maksymalna wartość prądu nie przekraczała 80-100 A. W takim przypadku łuk gaśnie w połowie okresu.

Aby zapewnić równomierne obciążenie przy częstotliwości przemysłowej, szczeliny są bocznikowane za pomocą nieliniowych rezystorów 1 (ryc. 4). Stabilność termiczna dysków jest zaprojektowana tak, aby przepuszczać prąd następczy przez jeden lub dwa półcykle.

Przepięcia wewnętrzne mają charakter niskoczęstotliwościowy i mogą trwać do 1 s. Ze względu na niską stabilność termiczną wilit nie może być stosowany do ograniczania wewnętrznych przepięć. W celu ograniczenia przepięć wewnętrznych stosuje się materiał tervit, podobny do vilitu, który charakteryzuje się dużą odpornością termiczną i podwyższonym współczynnikiem nieliniowości α=0,15-0,29.

Ryc.6. Ogranicznik kombinowany z rezystorami terwitowymi

Tarcze Tervit stosowane są w ogranicznikach kombinowanych (ryc. 6, a), zaprojektowanych w celu ochrony zarówno przed przepięciami wewnętrznymi (przełączeniowymi), jak i zewnętrznymi (atmosfery). Obydwa rezystory nieliniowe NR1 i NR2 pracują z wewnętrznymi przepięciami (krzywa 1 i a rys. 6b). Podczas przepięć atmosferycznych, na skutek dużego prądu, napięcie na HP2 przebija szczelinę IP2 i napięcie na linii chronionej maleje (krzywa 2).

Ograniczniki zaworów działają cicho. Liczbę operacji rejestruje specjalny rejestrator, który podłącza się pomiędzy dolnym wyjściem ogranicznika a masą. Najbardziej niezawodne są rejestratory elektromagnetyczne, których zwora podczas przepływu prądu pulsacyjnego działa na mechanizm zapadkowy urządzenia zliczającego.

Za pomocą iskierników pokazanych na ryc. 4, b, nie można wyłączyć prądów 200-250 A. W tym przypadku do gaszenia łuku stosuje się magnetyczne komory strzałowe z magnesem trwałym. Łuk powstający w iskierniku jest wprowadzany w wąską szczelinę za pomocą maszyn ceramicznych pod wpływem pola magnetycznego. Na tej zasadzie stworzono iskierniki dla napięć do 500 kV. Zwiększenie średnicy talerzy do 150 mm pozwala na zwiększenie ich oporu cieplnego. W rezultacie kombinowane ograniczniki elektromagnetyczne umożliwiają ograniczenie przepięć zarówno wewnętrznych, jak i atmosferycznych.

Główne cechy ogranicznika zaworu:

Napięcie wygaszania Ugash jest najwyższym napięciem o częstotliwości sieciowej przyłożonym do ogranicznika, przy którym prąd towarzyszący zostaje niezawodnie przerwany. Napięcie to zależy od właściwości ogranicznika. Napięcie o częstotliwości sieciowej przyłożone do ogranicznika zależy od parametrów obwodu. Jeżeli podczas zwarcia do masy jednej fazy na wolnych fazach pojawi się przepięcie, wówczas napięcie gaszące przyłożone do ogranicznika określa równanie

gdzie Kz jest współczynnikiem zależnym od metody uziemienia przewodu neutralnego; Unom - znamionowe napięcie sieciowe sieci. Dla instalacji z uziemionym punktem neutralnym Kz = 0,8, dla izolowanego punktu neutralnego Kz \u003d l,l.

Prąd gaszenia Igash, który odnosi się do prądu towarzyszącego odpowiadającego napięciu gaszenia Ugash.

Efekt łukowy iskiernika charakteryzuje się współczynnikiem

gdzie Upr jest napięciem przebicia o częstotliwości 50 Hz iskiernika.

Efekt ochronny rezystora nieliniowego charakteryzuje się współczynnikiem ochrony

gdzie Ures jest napięciem na ograniczniku przy prądzie pulsacyjnym 5-14 kA. Napięcie to powinno być o 20-25% niższe od napięcia rozładowania zabezpieczanej izolacji.

4.Ochronniki prądu stałego

Ryc.7. Ogranicznik prądu stałego

Ograniczniki zaworów można stosować do ochrony instalacji przed przepięciami prądu stałego. Jednak wygaszenie łuku prądu stałego jest znacznie trudniejsze niż prądu przemiennego. Aby wykorzystać spadek napięcia przyelektrodowego, wymagana jest bardzo duża liczba iskierników, ponieważ napięcie na każdej parze elektrod nie powinno przekraczać 20–30 V.

Do gaszenia łuku zaleca się zastosowanie przedmuchu magnetycznego za pomocą magnesów trwałych. Powstała siła elektrodynamiczna przesuwa łuk z dużą prędkością w wąskiej szczelinie materiału izolacyjnego odpornego na łuk. W wyniku intensywnego chłodzenia łuku zwiększa się jego rezystancja i zatrzymuje się prąd.

Ogranicznik zaworowy dla sieci o napięciu 3 kV DC pokazano na rys. 7. Rezystor roboczy 1 składa się z dwóch tarcz wilitowych połączonych z dwoma iskiernikami 2 z tłumieniem łuku magnetycznego. Niezawodny kontakt szczelin z tarczami uzyskuje się za pomocą sprężyny 3, która jest jednocześnie elementem przewodzącym prąd. Główne elementy ogranicznika umieszczone są w porcelanowej obudowie 6, która jest zamknięta od dołu pokrywą 7. Uszczelnienie ogranicznika odbywa się za pomocą pokrywy 4 z gumową uszczelką 5.

Ograniczniki przepięć

Na bazie tlenku cynku, który charakteryzuje się wyraźną nieliniowością charakterystyki prądowo-napięciowej, opracowano serię nieliniowych tłumików przepięć (SPD) na napięcie znamionowe 110-500 kV.

Ogranicznik przepięć jest rezystorem nieliniowym o wysokim współczynniku nieliniowości α=0,04 (wobec 0,1 -0,2 dla vilit). Podłącza się go równolegle do chronionego obiektu (pomiędzy potencjałem wyjściowym a masą) bez przerw wyładowczych. Ze względu na dużą nieliniowość przy znamionowym napięciu fazowym przez ogranicznik przepięciowy przepływa pomijalny prąd o natężeniu 1 mA. Wraz ze wzrostem napięcia rezystancja ogranicznika przepięć gwałtownie maleje, a przepływający przez niego prąd wzrasta. Przy napięciu 2,2 Uf prąd 10 4A. Po przejściu impulsu napięciowego prąd w obwodzie ogranicznika jest określany przez napięcie fazowe sieci.

Ryc.8. Charakterystyka woltoamperowa ogranicznika OPN-500

SPD ograniczają przepięcia przełączające do poziomu 1,8 Uf, a przepięcia atmosferyczne do (2-2,4) Uf. Z charakterystyki prądowo-napięciowej OPN-500 (ryc. 8) widać, że gdy przepięcia spadają z 2Uf do Uf, prąd płynący przez rezystory maleje o 10 6raz. Prąd towarzyszący płynący po uruchomieniu urządzenia jest niewielki (miliampery), podobnie jak moc wydzielana na rezystorach. Pozwala to na rezygnację z sekwencyjnego łączenia kilku iskierników i pozwala na bezpośrednie podłączenie ogranicznika przepięć do zabezpieczanego sprzętu, co znacznie zwiększa niezawodność działania.

Wysoka nieliniowość rezystorów ogranicznika (dla dużych prądów α ≈0,04) może znacznie zmniejszyć przepięcia i zmniejszyć wymiary urządzeń, szczególnie przy napięciach 750 i 1150 kV.

Długie przerwy iskrowe

Autorzy pomysłu na RDI Georgy Viktorovich Podporkin, doktor nauk technicznych, profesor Politechniki w Petersburgu, starszy członek IEEE i Alexander Dmitrievich Sivaev, kandydat nauk technicznych, rozpoczęli pierwsze eksperymenty w celu opracowania długich przerw iskrowych już w 1989 r., a w 1992 r. uzyskał certyfikat autorstwa.

Ryc.9. Schemat długiej przerwy iskrowej

Zasada działania ogranicznika opiera się na wykorzystaniu efektu wyładowania ślizgowego, co zapewnia dużą długość nakładania się impulsu na powierzchnię ogranicznika i zapobieganiu w ten sposób przejściu nakładania się impulsu w łuk mocy prądu o częstotliwości przemysłowej. Element wyładowczy RDI, wzdłuż którego rozwija się wyładowanie ślizgowe, ma długość kilkakrotnie większą niż długość chronionego izolatora liniowego. Konstrukcja ogranicznika zapewnia jego niższą udarową wytrzymałość elektryczną w porównaniu z chronioną izolacją. Główną cechą długiej przerwy iskrowej jest to, że ze względu na dużą długość zasięgu impulsowego wyładowania atmosferycznego, prawdopodobieństwo powstania łuku zwarciowego jest zredukowane do zera.

Istnieją różne modyfikacje RDI, które różnią się przeznaczeniem i cechami linii napowietrznych, na których są stosowane.

Główną zaletą RDI jest to, że wyładowanie rozwija się wzdłuż aparatu w powietrzu, a nie w jego wnętrzu. Pozwala to znacznie wydłużyć żywotność produktów i zwiększa ich niezawodność.

Ogranicznik pętlowy z długą iskrą (RDIP)

RDIP-10 przeznaczony jest do ochrony napowietrznych linii elektroenergetycznych o napięciu 6-10 kV trójfazowego prądu przemiennego z przewodami chronionymi i gołymi przed indukowanymi przepięciami piorunowymi i ich skutkami i przeznaczony jest do pracy na zewnątrz w temperaturze otoczenia minus 60°C do plus 50°C przez 30 lat.

Modułowy łapacz długich iskier (RDIM)

RDIM przeznaczony jest do ochrony przed bezpośrednimi uderzeniami piorunów i przepięciami indukowanymi napowietrznych linii elektroenergetycznych (VL) i podejść do stacji elektroenergetycznych trójfazowego prądu przemiennego o napięciu 6,10 kV z przewodami gołymi i chronionymi.

RDIM charakteryzuje się najlepszą charakterystyką woltosekundową, dlatego zaleca się jego stosowanie do ochrony odcinków linii narażonych na bezpośrednie uderzenia pioruna, a także do ochrony podejść do podstacji linii napowietrznych.

RDIM składa się z dwóch odcinków kabla z przewodem wykonanym z materiału oporowego. Segmenty kabla są ułożone razem tak, że powstają trzy moduły bitowe 1, 2, 3.