4.7. Засоби захисту від перенапруг

У мережах до 35 кВ часто для захисту використовують відкриті розрядні проміжки – захисні розрядники («рога») і трубчасті розрядники. Спрацьовування таких розрядників викликає різкий спад напруги, виникнення перехідних процесів і небезпечних перенапруг на поздовжній ізоляції високовольтних пристроїв (трансформатори, генератори, реактори і т.д.). Крім цього, такі розрядники мають круту вольт-секундну характеристику (ВСХ), тому що  форма електричного поля різконеоднорідна. Це не дозволяє здійснювати захист об'єктів в області коротких часів впливу напруги (грозові перенапруги).

Одним із кращих розрядників такого типу є трубчастий розрядник (РТ), рис. 4.53.

Рис. 4.53. Пристрій трубчастого розрядника:
S₁ – основний проміжок; S₂ – зовнішній іскровий проміжок; 1 – діелектрична труба; 2 – стрижневий електрод; 3 – відкритий електрод

Електроди іскрового проміжку поміщаються в діелектричну трубу 1 з газогенеруючого матеріалу (наприклад, вініпласт). Основний проміжок S₁ забезпечує дугогасіння. Проміжок S₂ служить для відділення газогенеруючої трубки від мережі, щоб уникнути її розкладання від струмів витоку. З появою перенапруг пробивається S₁ і S₂. Через них протікає імпульсний струм і супровідний струм промислової частоти. Температура підвищується, відбувається інтенсивне газовиділення. Тиск підвищується до десятків атмосфер. Газ виходить через відкритий електрод 3. Створюється поздовжнє дуття. Дуга видувається назовні. При переході струму через 0 дуга гасне. Через недоліки (крута ВСХ) РТ не застосовуються для захисту відповідального встаткування.

Найбільш широке поширення в мережах високої напруги одержали вентильних розрядників (РВ) (рис. 4.54), які мають пологу ВСХ. Вони складаються з декількох іскрових проміжків (ІП), включених послідовно, декількох послідовно нелінійних робочих опорів (НС) і шунтувальних опорів (R_ш).

ІП служать для відділення НС від постійного впливу робочої напруги і струму, що протікає через нього, що руйнує НС. НС служить для обмеження супровідного струму до величини, необхідної для гасіння дуги. R_ш служить для вирівнювання розподілу напруги по елементарних розрядних проміжках з метою виключення помилкового спрацьовування розрядника.

РВ обмежує перенапруги йі гасить дугу супровідного струму без відключення мережі або підстанції.

Після гасіння дуги розрядник повертається у вихідний стан і готовий до повторної роботи. Число спрацьовувань РВ - 20 або 50.

У найпростіших РВ (типу РВС, РВП) струм гасіння дуги становить 80 А, у більше сучасних РВ – 250 А.

Матеріалами НС є віліт і тервіт. Вольт-амперна характеристика їх описується виразом

(4.107)

де a – коефіцієнт вентильності; К – постійного.

Для віліса α= 0,11-0,2; для тервіта α = 0,15-0,25.

РВ діляться на 4 групи. Найкращими захисними властивостями володіють РВ I групи, але вони і більше дорогі.

IV група - РВП (підстанційні);

III група - РВС (станційні);

II група - РВМ (магнітовентильні), РВМГ (магнітовентильні, грозові);

I група - РВТ (струмограничні), РВРД (з дугою, що розтягується).

Істотне поліпшення захисних характеристик може бути досягнуте при відмові від використання ІП. Для цього потрібні матеріали з різко нелінійної ВАХ. Цим вимогам відповідає матеріал на основі оксиду цинку, з якого виготовляють нелінійні резистори - варистори. Захисні пристрої на їхній основі звуться обмежники перенапруг нелінійних (ОПН). Коефіцієнт нелінійності ОПН становить (α = 0,02-0,1. ОПН збираються з окремих дисків (варисторів), які містяться в герметичний порцеляновий корпус.

ОПН підключаються безпосередньо до мережі і заземлюються через реєстратор спрацьовувань. Малий коефіцієнт нелінійності ОПН дозволяє глибоко обмежувати перенапруги і застосовувати їх у мережах надвисокого й ультрависокого класів напруг.