Разрядники, реакторы, изоляторы

Разрядники предназначены для защиты изоляции электроустановок от опасных повышений напряжения, которые подразделяются на атмосферные и коммутационные.

Атмосферные перенапряжения возникают при грозовых разрядах в электроустановку или вблизи нее. Защита от них является обязательной. Коммутационные перенапряжения появляются при различных нормальных или аварийных коммутациях и повреждениях. Ограничение перенапряжений позволяет значительно снизить размеры и стоимость оборудования. Разрядник подключается между фазным выводом и землей. Одним из основных требований предъявляемых к разрядникам является расположение его вольт-амперной характеристики ниже вольт-амперной характеристики защищаемого оборудования (рис. 2.46).

Рис. 2.46. Принцип работы разрядника

При возникновении перенапряжения происходит пробой искрового промежутка разрядника U_пр, (рис. 2.46), возникающий сопровождающий ток на землю должен быть отключен максимально в короткое время во избежание работы релейной защиты. Для этого разрядник снабжают помимо искрового промежутка последовательно включенным с ним специальным элементом, обеспечивающим гашение сопровождающего тока. Остаточное напряжение U_ост должно быть меньше напряжения пробоя защищаемого оборудования.

Разрядники по исполнению делятся на трубчатые и вентильные, а по назначению – на подстанционные, станционные, для защиты вращающих машин и др. Наиболее простым по конструкции является трубчатый разрядник, который состоит из наружного искрового промежутка и внутреннего, расположенного внутри трубки (рис. 2.47). Трубка выполняется из твердого газогенерирующего диэлектрика (фибра, фибробакелит у разрядников серий РТ, РТФ, винипласт – у разрядников серии РТВ). При перенапряжении искровые промежутки пробиваются. Трубчатые разрядники применяются как основное средство защиты изоляции оборудования подстанций. Они выполняются на номинальные напряжения 6, 10, 35 кВ.

Дуга внутри трубки вызывает интенсивное газообразование. При переходе тока через нуль дуга гаснет. Предельный ток отключения определяется прочностью трубки. Работа трубчатого разрядника сопровождается большим шумом и выбросом газов. Маркировка разрядника РТ 35/0,8-5 обозначает: разрядник трубчатый, на напряжение 35 кВ, пределы тока отключения 0,8…5 кА.

Вентильные разрядники предназначены для защиты от перенапряжений оборудования электростанций и подстанций, главным образом, силовых трансформаторов. Вентильные разрядники состоят из колонки искровых промежутков, шунтированных нели-нейными резисторами, и нелинейных рабочих резисторов, помещенных в герметически закрытый фарфоровый изолятор(рис. 2.48).

Рис. 2.47. Трубчатый Рис. 2.48. Вентильный разрядник: Рис. 2.49. Реактор

разрядник 1 - хомут для крепления; 2 - искро- бетонный:

вые промежутки; 3 - пружина; 1, 4 - изоляторы;

4 - болт крепления к токоведу- 2 - бетонные

щей шине; 5 - рабочие резисторы; колонны;

6 - фарфоровый изолятор; 3 - обмотка

7 - шпилька под соединения

к заземлению

Рабочие резисторы представляют собой диски, выполненные из вилита или тервита - материалов, имеющих нелинейную вольтамперную характеристику (ВАХ). Отсюда и название разрядников - вентильные. После пробоя напряжение на разряднике тем меньше, чем больший ток по нему проходит:

где А - постоянная, характеризующая значение напряжения на сопротивлении при токе I = 1 A; α – показатель нелинейности; для вилитовых дисков α = 0,13…0,2 в области больших токов.

Поскольку ВАХ вилита при нагревании изменяется, сопровождающий ток не должен быть большим или протекать длитель-ное время. Предельный ток диска диаметром 100 мм равен 10 кА при длительности 40 мкс. Разрядники имеют счетное устройство, регистрирующее число срабатываний.

Выпускаются вентильные разрядники серий РВП (разрядник вентильный подстанционный), РВС (станционный), РВМ (с магнитным гашением), РВТ (токоограничивающий), РВН (разрядник вентильный низковольтный) и т.д. В вентильных токоограничивающих разрядниках магнитное поле в искровых промежутках создается катушками магнитного дутья, соединенными последовательно с искровыми промежутками.

Реактор - это статическое электромагнитное устройство, предназначенное для использования его индуктивности в электрической цепи. Реакторы делятся на реакторы с линейной, ограниченно-линейной, нелинейной характеристиками и др. В цепь переменного тока включаются следующие реакторы:

· токоограничивающие, предназначенные для ограничения амплитуды тока и (или) скорости его нарастания;

· реакторы помехоподавления, входящие в состав высокочастотных фильтров;

· фильтровые реакторы, входящие в состав резонансных фильтров или фильтров низких частот.

Реакторы с линейной вебер-амперной характеристикой обыч-но выполняются без магнитопровода с цилиндрической обмоткой. Индуктивность их неизменна. Это бетонные реакторы РБА, применяемые для ограничения тока КЗ и поддержания напряжения на шинах в аварийных режимах в установках 6 и 10 кВ. Они выполняются на I_ном = 150…4000 А; U_ном £ 35 кВ. Благодаря высокому качеству изоляции такие реакторы используются не только в закрытых помещениях, но и в открытых РУ.

Бетонные реакторы (рис. 2.49) устанавливаются на изоляторах 1 и 4 и выполняются в виде концентрически расположенных витков 3 из специального круглого многожильного провода, залитого в радиально расположенные бетонные колонны 2. Обмотки реакторов на большие токи выполняются из нескольких параллельных проводников с транспозицией, обеспечивающей равномерное распределение токов по параллельным проводникам. Все металлические детали выполняются из немагнитных материалов. Сдвоенные реакторы представляют собой единую обмотку со средним выводом, рассчитанным на суммарный ток ветвей. Этот вывод присоединяется к сборным шинам, а концы обмоток - к нагрузке ветвей. В настоящее время в основном выпускаются бетонные реакторы серии РБАС индуктивностью порядка 1,3…5,6 мГн.

Реакторы, включаемые в цепь постоянного тока, служат для сглаживания тока, т.е. для уменьшения содержания в нем высших гармоник, ограничения значения или скорости нарастания тока КЗ, параллельного включения двух или большего числа вентильных групп в преобразователях.

Для сглаживания пульсаций выпрямленного тока применяются реакторы типа ФРОС - фильтровые реакторы, однофазные, сухие, с естественным воздушным охлаждением. Выпускаются на токи от 1600 до 10000 А с индуктивностью от 0,08 до 0,5 мГн. Реакторы имеют магнитопровод. В цепях заряда емкости применяются реакторы EPOC и ЕРОМ.

Изоляторы служат для крепления токоведущих частей и их изоляции от заземленных частей установки, а также от других частей установки, находящихся под другим потенциалом. Основное требование к изоляторам - достаточная механическая и электрическая прочность. Они изготовляются из закаленного стекла и фарфора. Электрическая прочность зависит от состояния поверхности изолятора и характеризуется сухим, мокрым, пробивным разрядными напряжениями и импульсной прочностью.

Напряжение, при котором происходит разряд по поверхности, если последняя чистая и сухая, называется сухим разрядным напряжением. Его значение определяется размерами и формой изолятора. Если поверхность изолятора смочена дождем, разрядное напряжение будет называться мокрым. Значение его, как правило, на 25…30% меньше сухого. Возникающие при разрядах поверхностные дуги практически не разрушают изолятор, и он продолжает работать. Напряжение, при котором происходит пробой диэлектрика, называется пробивным. Оно должно быть больше на 30…50% сухого разрядного напряжения, чтобы разряд по поверхности происходил раньше пробоя и тем самым защищал изолятор от разрушения. Механическую прочность изолятора характеризует значение разрушающей механической нагрузки, приложенной к головке изолятора, перпендикулярно его оси. По условиям эксплуатации изоляторы подразделяются на конструкции для работы в помещениях (для внутренней установки) и для работы на открытом воздухе (для наружной установки). Они могут быть опорными, проходными и линейными. Каждый тип имеет разновидности, отличающиеся по конструктивному исполнению, техническим характеристикам и условиям эксплуатации.

а б Рис. 2.50. Изоляторы: а – опорный; б – проходной; 1 – чугунное основание; 2 - корпус; 3 – чугунный колпачок; 4 – фланец; 5 – шайба; 6 – токоведущий стержень

Опорные изоляторы для внутренней установки изготовляют на номинальные напряжения 6, 10, 20 и 35 кВ. Изоляторы могут быть с наружной, внутренней и комбинированной заделкой арматуры (рис. 2.50, а). Опорные изоляторы имеют следующее буквенное и цифровое обозначение: И – изолятор, О – опорный, Р – ребристый, Н – наружной установки, 6 или 10 – номинальное напряжение в киловольтах, последующая групппа цифр – разрушающее усилие в кг. Например, опорный изолятор ИОР-10-3,75 УЗ. Символ У – климатическое ис-полнение (умеренный климат), З – категория размещения (для) работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией).

Проходные изоляторы (рис. 2.50, б)представляют собой по-лое цилиндрическое тело из электротехнического фарфора с ребристой наружной поверхностью, армированное металлическим фланцем. Внутри полости располагаются одна или две токоведущие шины. Промышленность выпускает проходные изоляторы на номинальное напряжение 6, 10, 20, 35 кВ, на номинальные токи от 250 до 25 000 А. Изоляторы на номинальные токи 2000 А и выше изготовляются без токоведущих частей. Проходные изоляторы предназначены для прохождения токоведущих частей через сте-ны, перекрытия, перегородки и др. В обозначении этих изоляторов указывают: И – изолятор, тип изолятора (П - проходной), дро-бью – номинальное напряжение (в кВ) и номинальный ток (кА). Последняя группа цифр обозначает разрушающую нагрузку (в кг).

Линейные изоляторы предназначены для изоляции и крепления проводов на воздушных линиях электропередачи и распределительных устройств электрических станций и подстанций. Существуют штыревые изоляторы, тарельчатого типа, стержневые. Штыревые изоляторы применяются на линиях напряжением до 1, 6-10 и 35 кВ (рис. 2.51, а, б). Они крепятся к опорам при помощи крюков или штырей. Подвесные изоляторы (рис. 2.51, в) используются на воздушных линиях (ВЛ) напряжением 35 кВ и выше. Они состоят из фарфоровой или стеклянной изолирующей части 1, шапки ковкого чугуна 2, металлического стержня 3 и цементной связки 4. Подвесные изоляторы собирают в гирлянды, которые бывают поддерживающими (на промежуточных опорах) и натяжными (на анкерных опорах). Число изоляторов в гирлянде определяется напряжением линии: 35 кВ – 3…4 изолятора, 110 кВ – 6…8. Применяются также полимерные изоляторы (рис. 2.51, г). Они представляют собой стержневой элемент из стеклопластика, на котором размещено защитное покрытие с ребрами из фторопласта или кремнийорганической резины.