Разрядники для защиты от перенапряжений

Разрядники для защиты от перенапряжений Колокольня Ивана Великого

Характеристика объекта: Самая высокая постройка архитектурного ансамбля Московского Кремля. Высота – 81 м.

Адрес объекта: г. Москва, Соборная площадь Московского Кремля.

Вид работ: Проектирование и монтаж системы молниезащиты

Комплектующие: производства фирмы OBO Bettermann.

Исполнение: Здание относится к III категории по уровню защиты. В качестве элемента системы молниезащиты использована существующая конструкция купола с крестом, молниеотводы из стали горячего цинкования Rd8 выполнены по наружным фасадам с применением фасадных держателей типа СК. Заземляющее устройство выполнено в виде нескольких очаговых заземлителей.

Разрядники для защиты от перенапряжений

По оценкам ученых в ближайшем будущем стоит ожидать только увеличение количества и продолжительности неблагоприятных погодных явлений. Связано это в первую очередь с изменением климата на планете.

Устройства защиты от перенапряжений

Устройствами защиты от перенапряжения служат разрядники. Существуют три типа разрядников, а соответственно, и три класса. Каждому типу разрядников соответствует определенный класс. Так, разрядникам типа1 соответствует класс В, разрядникам типа 2 соответствует класс С и, соответственно, разрядникам типа 3 соответствует класс D.

Разрядники перенапряжения тип 1 (класс В)

Разрядники для защиты от перенапряжений

Разрядники перенапряжения типа 1 (класс В), благодаря своему строению, предназначены для отвода тока молний или частичных токов молний при прямом ее попадании. Они характеризуются высокой отводящей способностью и обладают малыми габаритными размерами. Устройство представляет собой блок с установленным в него герметическим разрядником, устойчивым к сильным токам. Блок можно устанавливать в любой распределительный щит благодаря компактности и безопасности устройства. Разрядник перенапряжения типа 1 (класс В) устанавливается в главном распределительном устройстве. Возможна установка разрядника в щите до счетчика. Данное устройство позволяет избежать переброса напряжения на защитный проводник и возникновения опасного контактного напряжения в месте уравнивания потенциалов. Разрядники перенапряжения данного типа используют в промышленных объектах, зданиях общественного пользования, а также крупных жилых комплексах.

Разрядники перенапряжения тип 2 (класс С)

Разрядники для защиты от перенапряжений

Разрядники перенапряжения типа 2 (класс С) служат для защиты устройств низкого напряжения. Данные устройства предназначены для отвода перенапряжения, вызванные ближним или дальним ударом молнии или действиями при переключении. Разрядники перенапряжения типа 2 позволяют избежать переброса напряжения на защитный проводник и возникновения опасного контактного напряжения в месте уравнивания потенциалов.

Разрядники перенапряжения типа 2 (класс С) могут монтироваться в стандартном распределительном корпусе, а также подходят для использования в промышленных и жилых зданиях.

Разрядники перенапряжения тип 3 (класс D)

Разрядники для защиты от перенапряжений

Разрядники перенапряжения типа 3 отводят перенапряжение отдельных потребителей или групп потребителей и используются, непосредственно, в розетках. Также применяются для защиты от импульсных перенапряжений коммутационных, распределительных устройств и пультов управления. Разрядники данного типа предназначены для защиты оконечных приборов от временного перенапряжения. Разрядники типа 3 (класс D) могут использоваться для защиты линий электропитания спутниковых и телекоммуникационных систем.

*****

Высоковольтные разрядники: виды и назначение

Разрядники для защиты от перенапряжений

  1. Устройство и принцип работы
  2. Технические характеристики газовых разрядников
  3. Виды разрядников

В электрических сетях довольно часто наблюдается появление импульсных всплесков напряжения, вызванных различными причинами: коммутацией аппаратуры, атмосферными разрядами и прочими факторами. Несмотря на то, что такие перенапряжения носят кратковременный характер, они способны вызвать пробой изоляции с последующим коротким замыканием и разрушительными последствиями.

Одним из вариантов предотвращения негативных последствий могло бы стать использование более надежной изоляции, однако этот способ значительно увеличивает стоимость всего оборудования. Поэтому наиболее оптимальным вариантом стали разрядники, назначение которых зависит от области их применения. Основной функцией этих устройств является ограничение перенапряжений в электрических сетях и установках.

Общее устройство и принцип работы

Высокочастотное оборудование защищается не только молниеотводами, но и с помощью высоковольтных разрядников. Каждый из них состоит из двух основных частей – электродов и устройства для гашения дуги.

Разрядники для защиты от перенапряжений

Один из электродов устанавливается на защищаемую цепь, а к другому подводится заземление. Между ними образуется пространство, известное как искровой промежуток. Когда напряжение достигает определенного значения, наступает пробой искрового промежутка между двумя электродами. За счет этого с защищаемого участка цепи снимается перенапряжение. Основным техническим требованием, предъявляемым к разряднику, является определенный уровень гарантированной электрической прочности в условиях промышленной частоты. То есть, при нормальном режиме работы сети разрядник не должен пробиваться.

После пробоя в действие вступает дугогасительное устройство. Под действием импульса повышается ионизация искрового промежутка, в результате чего пробивается фазное напряжение, действующее в нормальном режиме. Оно приводит к короткому замыканию и срабатыванию защитных устройств на этом участке. Основной задачей дугогасительного устройства как раз и является скорейшее устранение замыкания, до срабатывания средств защиты.

Разрядники для защиты от перенапряжений

Широкое распространение получили конструкции газовых разрядников. В их состав входит коаксиальный элемент с незначительным разрядным промежутком, и патрон с выводом на землю. В промежутке между ними выполняется установка газоразрядного элемента в форме таблетки, заключенного в стеклянную или керамическую оболочку и оборудованного электродами с каждой стороны. Внутреннее пространство оболочки заполнено газом – аргоном или неоном.

В случае перенапряжения происходит срабатывание защиты: под действием высокой температуры в разряднике наступает резкое падение сопротивления. После этого образуется дуговой разряд с напряжением около 10 вольт. Каждый такой разрядник оборудуется собственным заземлением, в противном случае он будет бесполезен.

Разрядники для защиты от перенапряжений

Во всех газовых разрядниках центральная жила коаксиального кабеля и первый электрод соединяются между собой. Второй электрод соединяется с заземленным корпусом разрядника. Когда через устройство проходит высокий импульс с большим напряжением, происходит пробой разрядника и центральная жила кабеля в течение короткого времени шунтируется на землю. Наблюдается существенное падение значения тока, до состояния гашения дуги, после чего наступает размыкание, то есть прибор находится в непроводящем режиме.

Как правило, газоразрядная трубка считается одноразовой деталью разрядника, требующая замены после каждого срабатывания.

Технические характеристики газовых разрядников

Каждый газовый разрядник обладает специфическими электрическими свойствами и техническими характеристиками.

  • Номинальный импульсный ток разряда. Технические требования, предъявляемые к разряднику, определяют его способность выдерживать определенное значение импульсного тока. Отклонение от нормы имеет допустимые пределы, определяемые требованиями. Номинальное значение тока всегда указано в технической спецификации конкретного устройства.
  • Емкость и сопротивление изоляции. Данные параметры достигают, соответственно, свыше 10 гОм и менее 1 пФ, что делает такие устройства буквально незаменимыми при использовании в той или иной сети.
  • Статическое напряжение срабатывания. Данным параметром определяется тип разрядника, установленного в защитном устройстве. Его значение равно напряжению, достаточному для зажигания разрядника, при условии медленного возрастания величины напряжения.
  • Динамическое напряжение срабатывания. Эта величина является своеобразным пределом, когда наступает быстрый рост напряжения, при котором происходит срабатывание газового разрядника.

Виды разрядников

Трубчатый разрядник. Изготовлен в виде полихлорвиниловой трубки, предназначенной для гашения дуги. На каждом конце разрядника имеется по одному электроду. К одному электроду подводится заземление, а другой устанавливается на незначительном расстоянии от защищаемого участка.

Разрядники для защиты от перенапряжений

Регулировка этого расстояния осуществляется в зависимости от величины напряжения на участке. В случае возникновения перенапряжения, возникает пробой сразу в двух местах – между обоими электродами и между разрядником и защищаемым участком. Действие пробоя приводит к возникновению в трубке интенсивной газогенерации, а продольное дутье, образующееся в выхлопном отверстии, вполне способно погасить электрическую дугу.

Вентильный разрядник. Конструкция включает две основные части: многократный искровой промежуток, состоящий из нескольких однократных элементов и рабочий резистор, представляющий собой последовательно набранные вилитовые диски. Оба основных элемента последовательно соединены между собой. Рабочий резистор обеспечивается герметичной защитой от внешней среды, в связи со свойствами вилита изменять свои характеристики при повышенной влажности. При появлении перенапряжения возникает пробой многократного искрового промежутка.

Разрядники для защиты от перенапряжений

Рабочий резистор выполняет задачу снижения тока до такой величины, чтобы ее могли свободно погасить искровые промежутки. Сопротивление вилита является нелинейным, оно снижается по мере увеличения силы тока. Данное свойство дает возможность пропускать больше тока при уменьшении падения напряжения. Основным достоинством разрядников этого типа считается бесшумное срабатывание при отсутствии выбросов газа или пламени.

Магнитовентильный разрядник. В его состав входят несколько блоков, соединенных последовательно, с магнитными искровыми промежутками и вилитовыми дисками. В каждом блоке имеются единичные искровые промежутки, соединенные последовательно, и постоянные магниты. Все элементы блока размещаются в фарфоровом цилиндре. Во время пробоя в единичных промежутках возникает дуга. На нее воздействует поле, создаваемое кольцевыми магнитами, заставляя вращаться с высокой скоростью. В результате, гашение дуги происходит гораздо быстрее, чем в других типах вентильных разрядников.

Ограничитель перенапряжения нелинейный. В этом разряднике отсутствуют искровые промежутки. Конструкция активной части ограничителя включает в себя последовательный набор варисторов. Именно на их свойствах основан принцип работы всего устройства, поскольку проводимость варисторов находится в зависимости от прилагаемого напряжения.

*****

Газовые разрядники на защите от импульсных перенапряжений

Газоразрядники или разрядники для защиты от перенапряжений с газовым наполнением обозначаются термином GDT (Gas Discharge Tube). По количеству электродов они разделяются на две группы: двухэлектродные и трёхэлектродные.

Разрядники для защиты от перенапряжений

рис. а). двухэлектродный и б). трёхэлектродный ионные разрядники с газовым наполнением (условное обозначение по международным стандартам)

При срабатывании элемента защиты происходит закорачивание входа устройства и стекание тока перегрузки на землю. Принцип работы газоразрядника можно сравнить с электронным ключом, срабатывающий при возникновении разности потенциалов между его электродами выше заданного значения. Широко используются разрядники для защиты от перенапряжений электронных цепей, когда некритичны такие показатели как скорость срабатывания и точность значений напряжения. Любой разрядник должен иметь собственное заземление, иначе использование их будет бесполезным.

При эксплуатации электронного спутникового оборудования (или любого другого радиотехнического) периодически могут возникать перегрузки по току и напряжению, изначальная природа которых обусловлена влияниями внешних электромагнитных импульсов. Они могут быть в виде электромагнитных сигналов, идущих от мощных радаров, электростатические разряды, мощного грозового разряда и др. (естественного и искусственного происхождения). Большие перегрузки могут исходить от неисправной цепи электропитания какого-либо оборудования.

Конструкция элемента газоразрядника представляет собой керамическую ёмкость (трубку или в виде “таблетки”), заполненная инертным газом, закрытая с двух сторон металлическими электродами. Обычно разрядник трудно заметить в электронной цепи защищаемого устройства. При его срабатывании происходит короткое замыкание электродов и ток перегрузки уходит на землю. Не просто так его сравнивают с электронным ключом. который срабатывает при превышении заданных значений разности потенциалов между его электродами. Это приводит к увеличению кинетической энергии свободных электронов, образованию новых ионов и электронов, — ток между электродами начинает расти и разрядник переходит в режим “тлеющего разряда” (на несколько микросекунд). Если напряжение будет дальше возрастать, то начнётся лавинное размножение электронов, вызывая при этом газовый разряд. В зависимости от конструкции разрядника длительность пробоя продолжается десятки наносекунд (причём ток возрастает скачками), а разность потенциалов между электродами падает. Для разных типов газовых разрядников значение напряжения разряда будет примерно равным 10В-80В (от тока практически зависеть не будет). При возникновении импульса перенапряжения разрядник закорачивается и импульс уходит на землю, тем самым защищая оборудование от вывода из строя. Для отвода разряда молнии от антенны устанавливают молниеотводы с контуром заземления, который берёт весь разряд на себя и отводит в землю.

Разрядники для защиты от перенапряжений

Рис. Схема подключения двухэлектродного газоразрядника в цепь между спутниковой антенной и ВЧ оборудованием (ресивер)

После режима пробоя значение напряжения на электродах уменьшается до начального уровня и процесс идёт в обратном направлении. При длительном влиянии перегрузок (примерно 1-10 секунд) внутри разрядника начинается горение электрической дуги, из-за чего он может выгореть и дальнейшее его использование будет невозможным (разрядник требуется заменить). Этого можно избежать с помощью дополнительной механической термозащиты.

Разрядники для защиты от перенапряжений

рис. Трёхэлектродные газоразрядники с термозащитой в виде металлической пластины (скобы)

Конструкция термозащиты представляет собой специальный металлический зажим (или скобу), который крепится к корпусу разрядника легкоплавким припоем. После нагрева и достижения определённой температуры происходит закорачивание между собой электродов металлическим зажимом. Далее срабатывают остальные защитные элементы схемы.

Широкое применение помимо двухэлектродных получили и разрядники, имеющие три электрода (трёхэлектродные), корпус которых состоит из двух объединённых между собой двухэлектродных разрядников с одним общим электродом. Такая конструкция способна обеспечить контроль симметричных цепей одновременно, при этом исключая перекос фаз и снижая перепад значений напряжений между линиями до безопасного уровня.

Газоразрядники (GDT): основные параметры и характеристики

Газоразрядники характеризуются статическим напряжением срабатывания (этот параметр обычно указывается в технической документации), номинальное DCBD, Vdcbd – возникает зажигание разрядника, вызванное напряжением постоянного тока.

Максимальное динамическое напряжение срабатывания (Vimpuls, Mis) – импульсное напряжение достигает максимального пикового значения и происходит пробой разрядника (в пределах значений 100В/мкс и 1кВ/мкс – крутизна фронта нарастающих линейных импульсов напряжения).

Минимальное гарантированное статическое напряжение срабатывания (MDCS, Vmdcs) – минимальное значение статического напряжения, при котором разрядник срабатывает на протяжении всего срока эксплуатации.

Напряжение горения дуги (AV, Varc) – напряжение, возникающее между электродами разрядника, в режиме прохождения через него тока пробоя.

Максимальное значение импульса тока разряда (MSR, limpulse) – кратковременное предельное значение импульсного тока. После воздействия этого тока газоразрядный элемент останется в исправном (рабочем) состоянии (указывается значение тока при тесте с отношением времени нарастания ко времени спада 8/20мкс, 10/350мкс).

Номинальный импульсный ток разряда (IDC) – ток, проходящий через разрядник в режиме пробоя (при этом воздействие этого тока газоразрядник может выдерживать многократно в соответствии с техническими характеристиками).

Максимальный переменный ток разряда (ADS, lac) – ток переменный, проходящий через разрядный элемент и воздействие которого разрядник может многократно выдерживать (в соответствии с техническими характеристиками).

Время пробоя разрядника (ARTT) – это промежуток времени, за который между электродами изменяется значение напряжения от максимального динамического до напряжения горения дуги.

Ток в режиме тлеющего разряда (GATC) –значение тока во временном промежутке зажигания и пробоя.

Время срабатывания газоразрядника (PVST) – временной интервал от точки начала зажигания до точки начала пробоя.

Эксплуатационный ресурс газоразрядника (SL) – это количество срабатываний газоразрядного элемента и значений импульсного тока, проходящего через него, после которых не гарантируется выдача рабочих характеристик (указываются в тех. документации).

Конструкция трёхэлектродного газового разрядника с термической защитой (термопредохранителем).

Разрядники для защиты от перенапряжений

рис. Газовый трёхэлектродный разрядник с защитой (термопредохранителем)

Термопредохранитель является дополнением к газоразряднику и выполнен в виде металической пластинки (скобы), которая при перегреве деформируется и замыкает общий вывод и выводы L (L1, L2) между собой, при этом ток начинает проходить вне газового промежутка.

Вольт-амперную характеристику (ВАХ) газоразрядника можно представить в виде нескольких уровней рабочих участков.

Разрядники для защиты от перенапряжений

рис. ВАХ газоразрядника

Участок низких напряжений (1). Если возникнет хотя бы незначительное напряжение между общим выводом электрода и одним из выводов L(L1 или L2), то из-за сверхнизкой электропроводимости инертного газа ток через газоразрядник не потечёт. После того, как достигнется напряжение срабатывания значение тока начнёт расти.

Возникновение тлеющего разряда (2). Происходит ионизация молекул газа после достижения напряжения срабатывания (лавинообразно возрастает число носителей заряда). Незначительный ток начинает протекать через промежуток, заполненный газом (при этом напряжение падает до уровня значения напряжения тлеющего разряда).

Тлеющий разряд (3). Дальнейшее увеличение тока приводит к незначительному увеличению напряжения между электродами.

Возникновение электрической дуги (4). Если мощность, поступаемая от внешнего источника достаточно большая, то при возрастании тока сверх предела энергия поля станет достаточной для преодоления заряженными частицами пути от электродов L (L1 и L2) к общему электроду без потери энергии. Значение напряжения резко уменьшается и возникает электрическая дуга – устойчивый проводящий канал.

Дальнейшее возрастание тока (5) происходит без роста значения напряжения.

Поделись материалом с друзьями:

*****

Справочник строителя | Защита электрооборудования

Электроустановки могут находиться в нормальны: эксплуатационных, анормальных (ненормальных) и аварийных режимах. Аварийные режимы по существу представляют собой повреждения и могу приводить к разрушению.

Наиболее распространенной электрической сетью напряжением до 1 кВ является четырехпроводная с глухозаземленной нейтралью. В такой сети основными видами повреждений являются короткие замыкания между фазами и отдельных фаз.

К повреждениям в сетях напряжением 6-10 кВ относятся замыкание одной фазы на землю и многофазные (двух- и трехфазные) КЗ, в том числе замыкания на землю.

В настоящее время большинство фирм-производителей устройств релейной защиты и электроавтоматики (РЗА) прекращает выпуск электромеханических реле и переходит на микропроцессорную элементную базу. Это объясняется следующими.

Внезапные повышения напряжения до значений, опасных для изоляции электроустановки, называются перенапряжениями. По своему происхождению перенапряжения бывают двух видов: внешние (атмосферные) и внутренние.

Достаточно часто случается так, что электрические сети в наших домах не отвечают нашим потребностям в стабильности работы электрических сетей помещения и количествам резких перепадов напряжения, а потому без такого оборудования, как стабилизаторы обойтись удается крайне редко.

Стабилизатор напряжения надежно оберегает всякую технику и продлевает срок ее службы. Но для охраны компьютерной техники, систем сохранения данных, внедрение лишь стабилизатора напряжения станет недостающим, так как в случае совершенного пропадания напряжения в сети данные могут.

Новые технологии создаются специально для того, чтобы облегчить жизнь обывателям. Люди уже крайне редко и скрипя зубами способны обходиться без всех этих мелких и крупных радостей жизни и помощников. Эти помощники, конечно же, техника.

*****

Разрядники. Их назначение и устройство

Разрядник – это аппарат, предназначенный для защиты электроустановки от атмосферных перенапряжений. Перенапряжения в электрических установках могут вызывать пробой изоляции с последующим коротким замыканием и выходом высоковольтной аппаратуры из строя.

Фактически разрядник это самое слабое место сети по изоляции, через которое происходит разряд на землю при перенапряжениях, после чего восстанавливается нормальный режим работы сети. Вместе с тем, разрядник должен работать так, чтобы после пробоя его разрядного промежутка не произошло короткого замыкания в цепи.

ПУЭ требует установки разрядников для защиты воздушных линий с воздушными вводами.

Воздушные линии защищают от перенапряжений трубчатыми разрядниками.

Разрядник типа РТ представляет собой трубку из оргстекла или фибры, внутри которой проходит металлический стержень с воздушным искровым промежутком. При перенапряжении, превышающем установленный уровень, искровой промежуток пробивается и образуется электрическая дуга. В результате высокой температуры из стенок трубки выделяются газы, вырывающиеся под большим давлением наружу и способствующие деионизации воздушного пространства в разряднике и гашению дуги. Для правильного выбора разрядников нужно иметь данные о токах короткого замыкания в местах их установки, так как при малой величине тока короткого замыкания количество выделяемых газов может оказаться недостаточным для быстрого гашения электрической дуги, следствием чего станет отключение сети максимальной защитой. И, наоборот, при величине тока короткого замыкания, превышающего максимально допустимый, для данного типа устройства, в результате бурного газообразования и чрезмерного повышения давления устройство может быть разрушено.

Поэтому в каталогах приводят минимальные и максимальные величины тока короткого замыкания для каждого типа трубчатого разрядника.

Например, Разрядники для защиты от перенапряжений — это разрядник трубчатый на напряжение 10 кВ для диапазона токов короткого замыкания от 0,5 до 7 кА.

Вилитовые разрядники (рисунок ниже) предназначаются для защиты от перенапряжений аппаратуры электрических подстанций и станций.

Разрядники для защиты от перенапряжений

В этих аппаратах, называемых еще вентильными, то есть запирающими, используется свойство керамического материала вилита, из которого они изготовлены, снижать свое сопротивление при превышении напряжения сверх некоторого предела. Таким образом, при перенапряжении разрядник пробивается, а по мере снижения потенциала его диэлектрическая прочность восстанавливается, и протекание электрического тока на землю прекращается.

Posted in Без рубрики

Post navigation





Внимание, только СЕГОДНЯ!

Добавить комментарий

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