Astro-nn.ru

Стройка и ремонт
18 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Газоразрядники принцип действия

Газоразрядники принцип действия

Искровые разрядники: назначение и характеристики

Разрядники представляют собой специальные устройства, предназначенные для ограничения возможного перенапряжения в электросетях и установках. Всплески напряжения опасны тем, что могут вывести оборудование из строя и даже вызвать короткое замыкание. Среди большой группы разрядников, наиболее востребованными являются газовые модели. Они имеют широкие возможности использования в различных сферах и доступной ценой.

Конструкция разрядника

Корпус газового разрядника представляет собой керамическую трубку, два или три электрода, помещенные в нее. Трубка герметично закрыта и заполнена смесью инертных газов, а также особыми присадками. В покое, газ находится в молекулярном состоянии и имеет большое сопротивление.
Основные показатели газового разрядника:

  • Напряжение пробоя – от 60 вольт до 5 киловольт;
  • Количество энергии, поглощаемое и рассеиваемое разрядником, при этом он не должен разрушиться;
  • Собственная емкость;
  • Устойчивость к старению;
  • Способность к моментальному действию.

Принцип работы

Принцип действия газового разрядника лежит в механизме пробоя газа высоким напряжением (подобно процессам, происходящим в атмосфере при разрядах молнии). При скачках напряжения между электродами возникает дуга, внутри газа происходит ударная ионизация, в результате чего его сопротивление резко уменьшается, и происходит выделение тепла. Газовый разрядник поглощает энергию всплеска, происходит закорачивание цепи.Таким образом, принцип работы газового разрядника можно рассматривать как быстродействующий выключатель. Весь цикл работы устройства можно представить в следующих рабочих состояниях:

  • Покой, когда собственное сопротивление газового разрядника выше 1 ГОм, емкость – в пределах нескольких пФ;
  • Тлеющий разряд, когда происходит увеличение напряжения и ионизация инертного газа внутри трубки разрядника. Через газ проходит небольшой ток;
  • Область электрической дуги – достигается напряжение срабатывания и вспыхивает электрическая дуга, разряд которой может достигать150 кА;
  • Короткое замыкание – когда падает внутренне сопротивление разрядника меньше 1 Ом, и возникает короткое замыкание;
  • Гашение, когда дуга гаснет и разрядник возвращается в состояние покоя.

Достоинства газового разрядника

К достоинствам работы газового разрядника можно отнести следующее:

  • Высокие величины поглощаемой энергии (так как энергия импульса превращается не только в тепловую энергию, но и в оптическое излучение);
  • Низкая собственная емкость разрядника;
  • Высокое сопротивление в состоянии покоя (более 10 ГОм).

Благодаря высокой эффективности, конструктивным достоинствам и другим особенностям, газовые разрядники широко используются для защиты электрооборудования, в блоках питания, в различной аппаратуре, занимающейся приемом-передачей информации, для защиты мобильных станций, компьютерных модемов, измерительного оборудования и др. Газовый разрядник купить сегодня не составит труда. Для этого стоит зайти на любой сайт специализированных интернет магазинов, где они представлены в широком ассортименте от разных производителей – отечественных и зарубежных.

Зачем нужен грозоразрядник

Такое природное явление, как молния, носит случайный характер. Потому нельзя предсказать, как она себя поведет, и какое строение пострадает. Но последствия от удара молнии могут быть самыми плачевными. Именно потому, это как раз тот случай, когда лучше «перебдеть».

Для того чтобы предотвратить влияние на антенны и другие приборы молнии и используется грозоразрядник.

Суть проблемы

Каждая антенна изготовлена с учетом направленности на прием электромагнитных сигналов на высокой частоте. Но учитывая это, стоит понимать, что принимать она будет не только «нужные» сигналы, но и те, которые будут вызваны разрядом молнии.

И очень часто такой сигнал может превышать полезный и привести к тому, что каскады трансивера будут полностью выведены из строя. И чем качественнее антенна у вас стоит, тем больший импульс в итоге к вам может прийти. Чтобы избежать подобных ситуаций и необходимо использовать грозоразрядник.

Грозоразрядник – предназначение и принцип работы

Как уже было отмечено выше, грозоразрядник используют для того, чтобы защититься от воздействия молнии на всех кабельных воздушных линиях. Эти устройства отводят в землю высокие токи. Однако обратите внимание, что используя грозоразрядник необходимо позаботиться и о монтаже разрядников в самих домах. И вот почему.

Как и вся техника, это устройство тоже не застраховано от поломок, и последствия в этом случае бывают самыми плачевными. Остаточные токи по линии электропередач могут проникнуть в дом. А сила тока в этих случаях может достигать 50000 А, с напряжением в несколько тысяч вольт.

И обычные выключатели в этом случае мало чем могут помочь, ведь при таких нагрузках они просто взрываются. Отвести эти остаточные токи могут вам помочь разрядники, которые обычно монтируются в электрошкафах.

Практическое применение

Грозоразрядник выступает основой целого ряда технологий, которые находят свое применения в различных сферах. Далее мы обозначим основные из них.

  • Для УЗИП (устройство защиты от импульсных перенапряжений), которые работают в широком спектре частот, можно использовать газовый разрядник
  • Защитить оборудование от прямого попадания молнии с низким остаточным напряжением вам поможет четвертьволновой грозоразрядник.
  • Эти же устройства могут использоваться и в УЗИП, которые работают в широком диапазоне частот.

Для того, чтобы правильно подобрать грозоразрядник, необходимо учитывать ряд параметров, среди которых можно выделить следующие:

  • Способ заземления
  • Максимальные показатели напряжения в линии
  • Тип разъема, который используется
  • Мощность, которая транслируется по кабелю
  • Рабочий диапазон частот.

К сожалению, многие люди не уделяют достаточного внимания проблеме молниезащиты, а к грозе относятся как к чему-то обычному. Зачастую такое отношение спровоцировано немаленькой стоимостью громоотводов. Однако здесь необходимо понимать, что на здоровье не экономят. А грозозащита в один прекрасный день сможет спасти не только вашу жизнь, но и жизнь ваших близких, а также сохранить ваше имущество.

Высоковольтные разрядники: виды и назначение

1. Разрядник, его назначение, принцип действия

Разрядники представляют собой защитные аппараты. Они предназначены для защиты изоляции электрооборудования от перенапряжений. Разрядник состоит из двух электродов и дугогасительного устройства.

Один из электродов закрепляют на защищаемой цепи, второй электрод заземляют. Пространство между этими двумя электродами называется искровым промежутком. При определенном значении напряжения между электродами искровой промежуток пробивается и снимает перенапряжение с защищаемого участка цепи.

После пробоя импульсом искровой промежуток становится достаточно ионизированным, чтобы фазные напряжения нормального режима могли пробиться, в связи с этим возникает короткое замыкание. Задача дугогасительного устройства — в наиболее короткие сроки устранить это до того, как сработают устройства защиты.

Принцип действия разрядников. В конструкции разрядников предусмотрен воздушный зазор в перемычке, который соединяет фазы линии электропередач и заземляющий контур. При номинальной величине напряжения цепь в перемычке разорвана. В случае грозового разряда в результате перенапряжения в ЛЭП происходит пробой воздушного зазора, происходит замыкание цепи между фазой и землей и импульс высокого напряжения напрямую уходит в землю.

Виды разрядников

Каталог производимых устройств позволяет сделать выбор разрядников наиболее полно отвечающим предъявляемым требованиям и предпочтительных по цене.

Воздушные (трубчатые) разрядники изготовляются в виде трубок из полимера, который при нагреве может выделять большое количество газа. На концах трубки закреплены электроды, расстояние между которыми определяет величину напряжения срабатывания. Во время пробоя материал трубки начинает выделять газ, который выходя через отверстие в корпусе, создаёт дутьё, гасящее электрическую дугу. Напряжение срабатывания превышает 1 кВ.

Газовые разновидности конструктивно аналогичны предыдущим моделям. Пробой осуществляется в герметичной трубке из керамики, содержащей инертный газ. Ионизация газа обеспечивает более быстрое срабатывание, а его давление надёжное гашение дуги. Порог срабатывания может быть от 60 вольт до 5 кВ. Для индикации превышения напряжения часто используется неоновая лампочка.

Вентильные устройства состоят из нескольких искровых промежутков, соединяемых последовательно, и сопротивления, составленного из вилитовых дисков (рабочий резистор). Между собой они соединяются последовательно. Поскольку характеристики вилита зависят от влажности, его помещают в герметичную оболочку.

Во время пробоя задачей резистора является понижение тока короткого замыкания до величины, успешно гасимой искровыми промежутками. Так как величина сопротивления вилита нелинейная ― она тем меньше, чем больше ток, то это даёт возможность пропускать значительный ток при малом падении напряжения. К преимуществам данных приборов нужно отнести срабатывание без шумовых и световых эффектов. Эти разрядники википедия характеризует устаревшими и уже не производящимися.

Магнитовентильные модификации собираются из ряда блоков, снабжённых магнитными искровыми промежутками, и равным им количеством дисков из вилита. Единичный блок состоит из ряда последовательно соединённых искровых промежутков и постоянного магнита, помещённых в корпус из фарфора. В момент пробоя возникшая дуга под воздействием магнитного поля образуемого кольцевым магнитом приобретает вращение, поэтому гасится быстрее, чем в вентильных устройствах.

В длинно-искровых устройствах используется явление скользящего разряда, обеспечивающего значительную протяжённость пути импульса по наружной стороне разрядного элемента. По длине разрядный элемент значительно превышает изолятор электролинии, но электрическая прочность его меньше, поэтому возможность возникновение дуги равна нулю. Этот вид используется на 3-ёхфазных линиях электропередачи. Они могут работать при температуре от — 60° C до + 50° C 30 лет.

В ограничителях перенапряжения нелинейных искровые промежутки отсутствуют. Вместо них используются последовательно соединённые окисно-цинковые варисторы. Их сопротивление тем меньше, чем больше сила тока, поэтому отведение импульса перенапряжения происходит очень быстро с моментальным возвратом в исходное положение. Для пропуска больших токов допускается параллельная установка нескольких ограничителей одной марки. Ограничитель устанавливается на весь срок службы защищаемого объекта.

Газовый разрядник

Газовые разрядники представляют собой компоненты, заполненные инертным газом (рис.2). Корпус разрядника изготовлен в виде керамической трубки, концы которой закрыты металлическими пластинами и выступают в роли электродов.

Рисунок 2 – Структурная схема газового разрядника

Трубчатый разрядник

Трубчатый разрядник представляет собой трубку из прочного материала. Сам материал – это различные полимеры. Самый распространённый из них – это полихлорвинил. Полихлорвинил способен вынести температуру, пригодную для данного типа разрядников.

В трубку помещены два электрода (рис 1.). Один присоединяется к защищаемому элементу, а другой заземляется. Принцип работы трубчатого разрядника довольно прост.

При напряжении пробоя образуется искра, которая ионизирует воздух. Воздух сильно нагревается, при этом идет массовое выделение газов.

Интенсивная газовая генерация гасит дугу фазного напряжения. Такое дугогасительное устройство называется продольным дутьём. Для выхода газов наружу, в разряднике имеется отверстие.

Газовый разрядник отличается от воздушного только тем, что его корпус наполняют инертным газом (аргоном или неоном). В отличие от воздушного разрядника, в газовом разряднике дугу, образованную фазным напряжением, гасят инертные газы.

В современной электронике трубчатые разрядники распространены повсеместно. Они просты по устройству и надежны. Пробивное напряжение воздушных разрядников невысокое, поэтому такие разрядники не применяются в более высоковольтной аппаратуре.

Предлагаем ознакомиться Герань народное название

Читать еще:  Соотношение мощности ламп светильника и площади помещения

Более высокое пробивное напряжение у газовых разрядников. Они гораздо эффективнее, так как газы не вступают в реакции, тем самым продлевают жизнь электродам.

Выбор разрядников

Основные параметры разрядников: класс пропускной способности, наиболее длительное допустимое рабочее напряжение, уровни остающихся напряжений при коммутационных и грозовых импульсах, номинальное напряжение, величина тока срабатывания противовзрывного устройства, номинальный разрядный ток, длина пути утечки внешней изоляции.

Выбор разрядников производится исходя из назначения, конструктивного исполнения, требуемого уровня ограничения перенапряжений, схемы сети и ее параметров.

Разрядники – используются для ограничения возникающих перенапряжений с целью облегчения изоляции оборудования. Возникающие перенапряжения делят на две группы: внутренние (коммутационные) и атмосферные.

Первые возникают при коммутации электрических цепей (катушек индуктивностей, конденсаторов, длинных линий) дуговых замыканиях на землю и других процессах. Вторые возникают при воздействии атмосфер-ного электричества. Зависимость максимального напряжения импульса от времени разряда называется вольт-секундной характеристикой. Основным элементом разрядника является искровой промежуток. Вольт-секундная ха-

рактеристика этого промежутка (кривая 1 на рис.) должна лежать ниже вольт-секундной характеристики защищаемого оборудования (кривая 2). При появлении перенапряжения промежуток должен пробиться раньше, чем изоляция защищаемого оборудования.

После пробоя линия заземляется через сопротивление разрядника. При этом напряжение на линии определяется током I, проходящим через разрядник,сопротивлениями разрядника и заземления. Чем меньше эти сопротивления, тем эффективнее ограничиваются перенапряжения, т. е. больше разница между возможным (кривая
4)
и ограниченным разрядником перенапряжением (кривая 3). Напряжение на разряднике при протекании импульса тока данного значения и формы называется остающимся напряжением. Чем меньше это напряжение, темлучше качество разрядника.

Трубчатый разрядник – это искровой промежуток дополненный устройством принудитльного гашения дуги, в виде трубки из газогенерирующего материала (фибры, винипласта), т.е. отключение дуги сопровождающего тока к.з производится из-за интенсивного газовыделения трубкой при повышенной t горения.

1-трубка, 2-электрод стержневой, 3- электрод в виде кольца, 4-заземлённый электрод, где имеется буферный обьём5, где накапливается потенциальная энергия сжатого газа. При проходе тока через нуль создается газовое дутье из буферного объема, что способствует эффективному гашению дуги. S1, S2 – искровые промежутки. Спецефическим недостатком ТР является наличие зоны выхлопа, опасной для оборудования и обслужи-вающего персонала. В ТР промежуток образован стержневыми электродами, имеющими крутую вольт-секундную характеристику из-за большой неодно-родности электрического поля. В связи с этим ТР примен: для защ подходов к п/ст; защ маломощ оборуд п/ст 3-10 кВ; защ контакт сети перемен тока.

Вентильные разрядники. Основн элементами явл вилитовые кольца, искровые промежутки и рабочие резисторы. Эти элементы расположены внутри фарфорового кожуха,

который с торцов имеет специальные фланцы для крепления и присоединения разрядника. Кожух разрядника герметизируется по торцам с помощью пластин и уплотнительных резиновых прокладок. При появлении переU пробиваются последовательно включенные блоки искровых промежутков. Импульс тока при этом через рабочие резисторы замыкается на землю. Возникший сопровождающий ток ограничивается рабочими резисторами, которые создают условия для гашения дуги сопровождающего тока. R этих резисторов велико при Uраб и резко снижается при ­U. В качестве материала нелинейных резисторов используется вилит с коэффиц нелинейности 0,1-0,2. Рабочие резисторы изгот в виде дисков. Единичные искровые промежутки соедин последоват для улучшен условий гашения дуги. Форма электродов обеспечивает равномерное электрическое поле, что позволяет получить пологую вольт-секундную характеристику. Возникновение заряда в закрытом объеме разрядника при малой длительности импульса тока затруднено. Для облегчения ионизации искрового промежутка между электродами помещается миканитовая прокладка.

ОПН – в них используются резисторы с большой нелинейгостью (0.04) на основе оксида цинка (на 110-500 кВ). Эти резисторы позволяют ограничивать комутац переU на уровне на уровне (1,65-1,8)Uф, а грозовые на уровне (2,2-2,4)Uф. Конструкция ОПН выполняется последовательным или паралель набором дисков сопротивлений, причём при Uраб ч/з одну парал колонку резисторов протек ток в n*0.01 mA, т.е. отпадает необходимость в искровом промежутке. Сопровождающий ток, протекающий после срабатывания аппарата, невелик (миллиамперы), так же как и невелика мощность, выделяемая в резисторах. Это позволяет отказаться от последовательного включения нескольких искровых промежутков и дает возможность присоединять ОПН непосредственно к защищаемому оборудованию, что значительно повышает надежность работы.

9. Технические характеристики разрядников

Выделяют такие основные технические характеристики разрядников:

  • Класс напряжения цепи;
  • Наибольшее допустимое напряжение;
  • Пробивное напряжение при частоте 50 Гц в сухом состоянии и под дождем;
  • Импульсное пробивное напряжение при предразрядном времени от 2 до 20 мкс;
  • Остающееся напряжение при волне 8 мкс;
  • Ток утечки;
  • Токовая пропускная способность;
  • Длина пути утечки внешней изоляции;
  • Допустимое натяжение проводов;
  • Высота;
  • Масса ограничителя.

11. Разрядники 6 КВ, 10 КВ, 35кВ, 110 кВ, 220 кВ

Основные характеристики разрядников 6-220 кВ приведены в таблицах 2 и 3.

Таблица 2 – Технические характеристики разрядников 6 кВ, 10 кВ

ПараметрЕдиница измеренияРВО-6 НРВО-10 Н
Класс напряжения сетикВ610
Наибольшее допустимое напряжениекВ7,512,7
Пробивное напряжение при частоте 50 Гц в сухом состоянии и под дождём:
не менеекВ1626
не болеекВ1930,5
Импульсное пробивное напряжение при предразрядном времени от 2 до 20 мкс, не болеекВ3248
Остающееся напряжение при волне 8 мкс, не более:
с амплитудой тока 3000АкВ2543
с амплитудой тока 5000АкВ2745
Ток утечки, не болеемкА66
Токовая пропускная способность:
20 импульсов тока волной 16/40 мкскА5,05,0
20 импульсов тока прямоугольной волной длительностью 2000 мксА7575
Длина пути утечки внешней изоляции, не менеесм1826
Допустимое натяжение проводов, не менееН300300
Высота, не болеемм294411
Масса, не болеекг3,14,2

Таблица 3 – Технические характеристики разрядников 35кВ, 110 кВ, 220 кВ

Разрядник

Разря́дник — электрический аппарат, предназначенный для ограничения перенапряжений в электротехнических установках и электрических сетях. Первоначально разрядником называли устройство для защиты от перенапряжений, основанный на технологии искрового промежутка. Затем, с развитием технологий, для ограничения перенапряжений начали применять устройства на основе полупроводников и металл-оксидных варисторов, применительно к которым продолжают употреблять термин «разрядник».

Содержание

  • 1 Применение
  • 2 Устройство и принцип действия
    • 2.1 Электроды
    • 2.2 Дугогасительное устройство
  • 3 Виды разрядников
    • 3.1 Воздушный разрядник закрытого или открытого типа (трубчатый разрядник)
    • 3.2 Газовый разрядник
    • 3.3 Вентильный разрядник
    • 3.4 Магнитовентильный разрядник (РВМГ)
    • 3.5 Ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН)
    • 3.6 Стержневые искровые промежутки
    • 3.7 Разрядник длинно-искровой
  • 4 Обозначение
  • 5 Примечания
  • 6 Источники
  • 7 Ссылки

Применение

В электрических сетях часто возникают импульсные всплески напряжения, вызванные коммутациями электроаппаратов, атмосферными разрядами или иными причинами. Несмотря на кратковременность такого перенапряжения, его может быть достаточно для пробоя изоляции или p-n переходов полупроводниковых приборов и, как следствие, короткого замыкания, приводящего к разрушительным последствиям. [1] Для того, чтобы устранить вероятность короткого замыкания, можно применять более надёжную изоляцию и высоковольтные полупроводниковые приборы, но это приводит к значительному увеличению стоимости оборудования. В связи с этим в электрических сетях целесообразно применять разрядники.

Устройство и принцип действия

Разрядник состоит из двух электродов и дугогасительного устройства.

Электроды

Один из электродов крепится на защищаемой цепи, второй электрод заземляется. Пространство между электродами называется искровым промежутком. При определенном значении напряжения между двумя электродами искровой промежуток пробивается, снимая тем самым перенапряжение с защищаемого участка цепи. Одно из основных требований, предъявляемых к разряднику — гарантированная электрическая прочность при промышленной частоте (разрядник не должен пробиваться в нормальном режиме работы сети).

Дугогасительное устройство

После пробоя импульсом искровой промежуток достаточно ионизирован, чтобы пробиться фазным напряжением нормального режима, в связи с чем возникает короткое замыкание и, как следствие, срабатывание устройств РЗА, защищающих данный участок. Задача дугогасительного устройства — устранить это замыкание в наиболее короткие сроки до срабатывания устройств защиты.

Виды разрядников

Воздушный разрядник закрытого или открытого типа (трубчатый разрядник)

Воздушный разрядник представляет собой дугогасительную трубку из полимеров, способных подвергаться термической деструкции с выделением значительного количества газов и без значительного обугливания — полихлорвинила или оргстекла (первоначально, в начале XX века, это была фибра), с разных концов которой закреплены электроды. Один электрод заземляется, а второй располагается на определенном расстоянии от него (расстояние определяет напряжение срабатывания, или пробоя, разрядника) и имеет прямое электрическое подключение к защищаемому проводнику линии. В результате пробоя в трубке возникает интенсивная газогенерация (плазма), и через выхлопное отверстие образуется продольное дутье, достаточное для гашения дуги. В воздушном разряднике открытого типа выброс плазменных газов осуществляется в атмосферу. Напряжение пробоя воздушных разрядников — более 1 кВ.

Газовый разрядник

Конструкция и принцип действия идентичны воздушному разряднику. Электрический разряд происходит в закрытом пространстве (керамическая трубка), заполненном инертными газами. Технология электрического разряда в газонаполненной среде позволяет обеспечить лучшие характеристики скорости срабатывания и гашения разрядника. Напряжение пробоя газонаполненного разрядника — от 60 вольт до 5 киловольт. В сигнальных электрических цепях соответствующего напряжения в качестве разрядника может использоваться миниатюрная неоновая лампа.

Вентильный разрядник

Вентильный разрядник состоит из двух основных компонентов: многократного искрового промежутка (состоящего из нескольких последовательно соединенных единичных искровых промежутков) и рабочего резистора (состоящего из последовательного набора вилитовых дисков). Многократный искровой промежуток последовательно соединен с рабочим резистором. В связи с тем, что вилит меняет характеристики при увлажнении, рабочий резистор герметично закрывается от внешней среды. Во время перенапряжения многократный искровой промежуток пробивается, задача рабочего резистора — снизить значение сопровождающего тока до величины, которая сможет быть успешно погашена искровыми промежутками. Вилит обладает особенным свойством — его сопротивление нелинейно — оно падает с увеличением значения силы тока. Это свойство позволяет пропустить больший ток при меньшем падении напряжения. Благодаря этому свойству вентильные разрядники и получили своё название. Среди прочих преимуществ вентильных разрядников следует отметить бесшумность срабатывания и отсутствие выбросов газа или пламени.

Магнитовентильный разрядник (РВМГ)

РВМГ состоит из нескольких последовательных блоков с магнитным искровым промежутком и соответствующего числа вилитовых дисков. Каждый блок магнитных искровых промежутков представляет собой поочередное соединение единичных искровых промежутков и постоянных магнитов, заключенное в фарфоровый цилиндр.

При пробое в единичных искровых промежутках возникает дуга, которая за счет действия магнитного поля, создаваемого кольцевым магнитом, начинает вращаться с большой скоростью, что обеспечивает более быстрое, по сравнению с вентильными разрядниками, дугогашение.

Ограничитель перенапряжений нелинейный (ОПН)

В процессе эксплуатации изоляция оборудования электрических сетей подвергается воздействию рабочего напряжения, а также различных видов перенапряжений, таких как грозовые, коммутационные, квазистационарные. Основными аппаратами для защиты сетей от грозовых и коммутационных перенапряжений являются вентильные разрядники (РВ) и нелинейные ограничители перенапряжений (ОПН). При построении или модернизации уже существующих схем защиты от перенапряжений с помощью ОПН и РВ необходимо решать две основные тесно связанные друг с другом задачи:

  • выбор числа, мест установки и характеристик аппаратов, которые обеспечат надежную защиту изоляции от грозовых и коммутационных перенапряжений;
  • обеспечение надежной работы самих аппаратов при квазистационарных перенапряжениях, для ограничения которых они не предназначены.
Читать еще:  VII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся Старт в науке

Защитные свойства РВ и ОПН основаны на нелинейности вольтамперной характеристики их рабочих элементов, обеспечивающей заметное снижение сопротивления при повышенных напряжениях и возврат в исходное состояние после снижения напряжения до нормального рабочего. Низкая нелинейность вольтамперной характеристики рабочих элементов в разрядниках не позволяла обеспечить одновременно и достаточно глубокое ограничение перенапряжений и малый ток проводимости при воздействии рабочего напряжения, от воздействия которого удалось отстроиться за счет введения последовательно с нелинейным элементом искровых промежутков. Значительно большая нелинейность сопротивлений окисно-цинковых варисторов ограничителей перенапряжений ОПН позволила отказаться от использования в их конструкции искровых промежутков, то есть нелинейные элементы ОПН присоединены к сети в течение всего срока его службы.

В настоящее время вентильные разрядники практически сняты с производства и в большинстве случаев отслужили свой нормативный срок службы. Построение схем защиты изоляции оборудования как новых, так и модернизируемых подстанций, от грозовых и коммутационных перенапряжений теперь оказывается возможным только с использованием ОПН.

Идентичность функционального назначения РВ и ОПН и кажущаяся простота конструкции последнего часто приводят к тому, что замену разрядников на ограничители перенапряжений проводят без проверки допустимости и эффективности использования устанавливаемого ОПН в рассматриваемой точке сети. Этим объясняется повышенная аварийность ОПН.

Помимо неверного выбора мест установки и характеристик ОПН еще одной причиной повреждений ОПН являются используемые при их сборке варисторы низкого качества, к которым, прежде всего, относятся китайские и индийские варисторы.

Стержневые искровые промежутки

Стержневые искровые промежутки также известные как «дугозащитные рога» применяются для защиты от пережога защищеных проводов и перевода однофазного к.з. в двухфазное. Для возникновения дуги необходим ток к.з., превышающий 1 кА. Вследствие относительно низкого напряжения (6-10 кВ против 20 кВ в сетях Финляндии) и высокого сопротивления заземления «дугозащитные рога» в российских сетях не срабатывают.

В настоящее время на ВЛ 6-10 кВ они запрещены «Положением о технической политике» ФСК.

Разрядник длинно-искровой

Принцип работы разрядника основан на использовании эффекта скользящего разряда, который обеспечивает большую длину импульсного перекрытия по поверхности разрядника, и предотвращении за счет этого перехода импульсного перекрытия в силовую дугу тока промышленной частоты. Разрядный элемент РДИ, вдоль которого развивается скользящий разряд, имеет длину, в несколько раз превышающую длину защищаемого изолятора линии. Конструкция разрядника обеспечивает его более низкую импульсную электрическую прочность по сравнению с защищаемой изоляцией. Главной особенностью длинно-искрового разрядника является то, что вследствие большой длины импульсного грозового перекрытия вероятность установления дуги короткого замыкания сводится к нулю.

Существуют различные модификации РДИ, отличающиеся назначением и особенностями воздушных линий, на которых они применяются.

РДИ предназначены для защиты воздушных линий электропередачи напряжением 6-10 кВ трехфазного переменного тока с защищёнными и неизолированными проводами от индуктированных грозовых перенапряжений и их последствий, и прямого удара молнии; рассчитаны для работы на открытом воздухе при температуре окружающего воздуха от минус 60 °C до плюс 50 °C в течение 30-и лет.

Основное преимущество РДИ: разряд развивается вдоль аппарата по воздуху, а не внутри его. Это позволяет значительно увеличить срок эксплуатации изделий и повышает их надежность.

Обозначение

На электрических принципиальных схемах в России разрядники обозначаются согласно ГОСТ 2.727—68.
1. Общее обозначение разрядника
2. Разрядник трубчатый
3. Разрядник вентильный и магнитовентильный
4. ОПН

БЛОГ ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

Студенческий блог для электромеханика. Обучение и практика, новости науки и техники. В помощь студентам и специалистам

  • главная
  • инфо
  • блог
  • словарь электромеханика
  • электроника
  • крюинговые компании
    • Одесса/Odessa
    • Николаев/Nikolaev
  • Обучение
    • Предметы по специальности
      • АГЭУ
      • АСЭЭС
      • Диагностика и обслуживание судовых технических средств
      • Мехатронные системы
      • Микропроцессоры
      • Моделирование электромеханических систем
      • МПСУ
      • САЭП
      • САЭЭС
      • СДВС
      • СИВС
      • Силовая электроника
      • Судовые компьютерные ceти
      • СУЭ и ОСУ
      • ТАУ
      • Технология судоремонта
      • ТЭП
      • ТЭЭО и АС
    • Общие предметы
      • Безопасность жизнедеятельности
      • Высшая математика
      • Ділова українська мова
      • Интеллектуальная собственность
      • Культурология
      • Материаловедение
      • Охрана труда
      • Политология
      • Системы технологий
      • Судовые вспомогательные механизмы
      • Судовые холодильные установки
    • I курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • II курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • III курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • IV курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
    • V курс
      • конспекты
      • ргр
      • контрольные
      • лабораторные
      • курсовые
      • зачёты
      • экзамены
  • Теория
    • английский
    • интернет-ресурсы
    • литература
    • тематические статьи
  • Практика
    • типы судов
    • пиратство
    • видеоуроки
  • мануалы
  • морской словарь
  • технический словарь
  • история
  • новости науки и техники
    • авиация
    • автомобили
    • военная техника
    • робототехника

03.03.2014

Газоразрядные приборы

Газоразрядными, или ионными, называют электронные приборы, в которых используется электрический разряд в газовой среде, сопровождающийся направленным движением электронов и ионов. Величина тока, протекающего через ионный прибор, зависит от многих факторов, а возникновение тока обусловлено столкновением свободных электронов с атомами газа и ионизацией газа. Процесс ионизации газа нарастает лавинообразно, поэтому для ограничения тока последовательно с газоразрядным прибором включают ограничительный резистор.

По способу получения положительных ионов различают разряды: самостоятельный, возникающий под действием электрического поля, и несамостоятельный, для поддержания которого, кроме электрического поля, нужен внешний источник энергии, обеспечивающий начальную ионизацию. По плотности тока в разрядном промежутке различают темный, тлеющий и дуговой разряды.

Схема включения ионного прибора и вольт-амперная характеристика электрического разряда приведены на рис. 1,а, б.

Недостатками вакуумных и ионных приборов являются: небольшой срок службы, большое внутреннее сопротивление, а следовательно, и большое падение напряжения; необходимость стабилизации тока накала.

Неоновая лампа — газосветный прибор тлеющего разряда, имеет два электрода различной формы, помещенных в газонаполненный баллон. Разряд неоновой лампы происходит при токах небольшой величины и сравнительно больших напряжениях. Начальная ионизация здесь происходит под действием внешних факторов (радиоактивных излучений, космических лучей и т. д.). При увеличении напряжения между электродами до 60—220 В (напряжение зажигания) свободные электроны начальной ионизации разгоняются до скоростей, достаточных для ионизации газа, поэтому процесс ионизации протекает лавинообразно.

Величина тока разряда ограничивается балластным резистором до 10—20 мА (см. рис. 1,а). После зажигания лампы на ее электродах устанавливается постоянное напряжение горения Uг, которое несколько меньше напряжения зажигания. Неоновые лампы, дающие оранжево-красное свечение, используют как сигнальные, их можно применять также как переключающие элементы.

При изменении э. д. с. Е источника изменяется его ток, что вызывает соответствующее изменение напряжения Uв. Если при этом ток не выйдет за пределы от Iст до Iст+ΔI, то напряжения на стабилитроне и соответственно на нагрузке останутся практически неизменными. Напряжение на балластном резисторе изменится на ту величину, на которую изменилась э. д. с. источника (рис. 2,б).

Стабилитроны выполняют на стандартные величины стабилизированных напряжений, маркируют буквами СГ — стабилизатор газовый. Стабилитроны могут быть выполнены на несколько значений стабилизированных напряжений. В этом случае между катодом и анодом располагают несколько электродов, потенциалы которых определяются потенциалами соответствующих точек межэлектродного пространства (рис. 2, в, г).

Декатрон — газоразрядный прибор с холодным катодом, имеет один анод и десять симметрично расположенных вокруг него катодов. Разряд поддерживается между анодом и одним из катодов. Управляющими импульсами разряд может переводиться с одного катода на другой. Применяют декатрон в цифровых приборах.

К приборам с несамостоятельным разрядом относятся газотрон и тиратрон с подогревным катодом (рис. 3).

Газотрон является вентильным прибором, пропускающим большие токи в одном направлении. Это двухэлектродная лампа дугового разряда, баллон которой заполнен парами ртути или криптон-ксеноновой смесью при давлении 0,01—0,5 мм рт. ст. Аноды изготовляют из графита или никеля, катоды — в виде оксидированной вольфрамовой спирали.

При включении накала катод разогревается и начинает эмиттировать электроны. Если на анод подать положительный потенциал (положительная полуволна), электроны начнут двигаться к аноду, сталкиваться с молекулами наполнителя и ионизировать их. Этот процесс нарастает лавинообразно и приводит к дуговому разряду. Внутреннее сопротивление газотрона резко падает, и падение напряжения Uгор на нем, даже при больших анодных токах, оказывается равным 10—12 В. При переходе от положительного полупериода к отрицательному (на аноде — минус) дуговой разряд прекращается, но если обратное напряжение станет выше допустимого, газотрон может пробить и вентильные свойства его нарушатся. Обозначение газотронов: ГГ1 —газотрон газонаполненный, ГР1 — газотрон с ртутным наполнением. Применяются как выпрямители.

Тиратрон в отличие от газотрона имеет третий электрод — управляющую сетку и по сути представляет собой газонаполненный триод. Если на сетку тиратрона подать значительный отрицательный потенциал, то даже при наличии анодного напряжения тиратрон не зажжется.

При уменьшении отрицательного потенциала сетки в какой-то момент наступает зажигание тиратрона, внутреннее сопротивление его падает, а ток, протекающий через тиратрон, возрастает. Момент зажигания зависит от соотношения между напряжениями на аноде и на сетке.

Процесс зажигания тиратрона зависит от многих факторов (температуры, внешних излучений и т. д.), поэтому пусковая характеристика представляется в виде некоторой пусковой области.

Точки, расположенные выше пусковой области, определяют зажженное состояние тиратрона. Таким образом, регулируя напряжение на сетке, можно регулировать величину выпрямленного напряжения, поэтому тиратрон называют управляемым вентилем.

Тиратроны с подогревными катодами маркируют: ТГ1 — газонаполненный, ТР1 — с ртутным наполнением. Тиратроны с холодными катодами (МТХ) являются приборами тлеющего разряда.

Для устранения недостатков трехэлектродные тиратроны можно выполнять многосеточными. Применяют их как выпрямители с регулированием величины выпрямленного напряжения.

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.

Читать еще:  Наборы для врезки замков в Балашихе

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, — 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.

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.

Газоразрядники принцип действия

ЗАЩИТА КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ: ГАЗОВЫЕ РАЗРЯДНИКИ И САМОВОССТАНАВЛИВАЮЩИЕСЯ ПРЕДОХРАНТЕЛИ

Московский государственный институт электроники и математики (технический университет), Россия

Цель доклада ознакомить аудиторию с такими средствами защиты от перенапряжения как газовые разрядники и самовосстанавливающиеся предохранители, а также с правилами и тонкостями их применения. Иногда простые с виду вещи устроены совсем не просто, а их неправильная комбинация может только ухудшить качество изделия.

Данная тема важна, так как сегодня все, от простых людей до специалистов в области электронных изделий, сталкиваются со сбоями или выходами из строя аппаратуры, как бытовой, так и специальной. Еженедельно горящие в домах хабы и свитчи говорят о том, что производители коммуникационного оборудования до сих пор уделяют мало внимания защите своей продукции от внешних воздействий или просто пренебрегают ей. Это приводит к необходимости использовать дополнительные средства защиты, порой самодельные. В ином случае пользователи электронной техники могут потерять не только оборудование, но и дорогостоящую информацию. Моя работа нацелена помочь в правильной проектировке средств защиты и выборе компонентов. В докладе описываются причины возникновения перенапряжений, средства защиты и различия между ними, подробно рассмотрены газовые разрядники и самовосстанавливающиеся предохранители, способы координации разных ступеней защиты.

Проблема возникает из-за перенапряжений в цепях питания и передачи данных. Перенапряжение рассматривается как импульсные помехи со временем нарастания фронта менее единиц миллисекунд. Основными причинами перенапряжений и перегрузок являются:

молнии, возникающие при грозе (LEMP);

переходные процессы при переключении (SEMP);

электростатический разряд (ESD);

Грозовые разряды (молнии) несут в себе токи, достигающие 200 кА. При ударе молнии в атмосфере создаётся канал ионизированного воздуха, по которому происходит разряд. 90% энергии отводится внешними громоотводами, а 10% попадает в электрические цепи здания, что может повлиять на электрические приборы как прямым воздействием тока, так и через наведённые потенциалы. Моделируются импульсами 10/350 мкс, где 10 – время нарастания импульса до максимальной амплитуды, а 350 – время от начала волны до половины максимального значения при понижении амплитуды волны.

Переходные процессы при переключении встречаются в жизни намного чаще. Например, в обычной сети электропитания при переключении силовых приборов или короткого замыкания возникает очень быстрое изменение тока со временем нарастания фронта импульса менее единиц микросекунд. Это вызывает перенапряжения в виде высокочастотных колебаний или высоковольтных пиков напряжения.

Электростатический разряд возникает при освобождении заряда накопленного при трении. Заряд может достигать десятков тысяч вольт. Моделируется импульсами 8/20 мкс.

Неисправность оборудования может заключаться не только в коротком замыкании внутри прибора, но и, например, в замыкании телефонного кабеля на силовые линии питания вследствие аварии. В этом случае речь идёт не столько о защите аппаратуры сколько о безопасности человека.

Для подавления перенапряжения используются газовые разрядники, варисторы, тиристорные элементы, суппрессор-диоды, предохранители, фильтры. Идеального элемента не существует. Все они имеют свои преимущества и недостатки, применяются в определённых случаях. К примеру, у варистора большая ёмкость, порядка 1000пФ, и он не может использоваться в быстродействующих цепях. Суппрессор-диоды имеют маленькую ёмкость, но не могут выдержать большую мощность. Газоразрядники способны пропустить огромные токи, но имеют низкое быстродействие и не могут достаточно защитить аппаратуру. Поэтому наилучшую защиту даёт комбинация данных элементов.

Газовые разрядники состоят из трубки, заполненной смесью аргона и неона и имеющей два или три электрода из специального сплава. Всё это помещено в стеклянный или керамический корпус. Когда к такому устройству прикладывается высокое импульсное напряжение, в трубке возникает разряд. Напряжение пробоя зависит от состава и давления газа и расстояния между электродами. Через такое устройство может проходить ток до 100 кА. Ёмкость составляет порядка 2 пФ и не создаёт помех.

Рис.1. Внешний вид газового разрядника

Их недостатками являются продолжительное время реакции – до единиц микросекунд, что в десятки раз медленнее по сравнению с варисторами, и зависимость напряжения пробоя от скорости нарастания волны импульса. Импульсное напряжение пробоя превышает постоянное напряжение пробоя к концу времени ионизации газа. Например разрядник с номинальным постоянным напряжением 230 В при скорости нарастания импульса 100 В/с может иметь напряжение воспламенения около 500 В при 1000 В/мкс и 600 В при 10 000 В/мкс (рис.2).

Рис.2. Реакция газоразрядника с напряжением 230 В

В целом можно различать четыре рабочих состояния газового разрядника:


состояние покоя: большое сопротивление между электродами;

область тления: при достижении пробоя внутреннее сопротивление быстро падает, типовое потребление тока при этом составляет 0,5 А, напряжение тления между электродами составляет около 80-100 Вольт;

область световой дуги: с увеличением тока газовый разрядник переходит из области тления в режим световой дуги, типовое напряжение горения дуги составляет 20 Вольт, разряд тока через световую дугу может составлять около 100 кА без повышения напряжения горения дуги;

гашение: при падении напряжения ниже напряжения горения световая дуга гаснет, и разрядник возвращается в нормальное состояние.

В разных схемах газовый разрядник обозначается разными графическими символами. На самом деле, в основном, все обозначения прописаны в стандартах. Отличие заключается в уточнении вида разрядника, например общее обозначение разрядников, трубчатый разрядник, разрядник с газовым наполнением.

Рис.3 Пример включения газового разрядника в схему

Основные фирмы производители: Bourns, Citel, Littelfuse, EPCOS.

Самовосстанавливающиеся предохранители используются для защиты от перегрузки по току и в качестве координирующего элемента. Их преимущество перед обычными предохранителями в том, что они не требуют замены после срабатывания, которая иногда сопряжена с трудностями и требует вызова специалистов.

Рис.4. Внешний вид самовосстанавливающегося предохранителя

Изготавливаются они из проводящего пластика, отформованного в тонкий лист с напылением электродов с обеих плоскостей. Проводящий пластик — это особое вещество, состоящее из непроводящего электрический ток кристаллического полимера и распределенных в нем мельчайших частиц технического углерода, проводящих электрический ток. Электроды гарантируют равномерное распределение энергии по всей площади поверхности, к ним крепятся проволочные или лепестковые выводы. Особенностью, которая позволяет использовать этот материал, является то, что этот проводящий пластик проявляет высокий нелинейный положительный температурный коэффициент сопротивления (ТКС), сильная крутизна графика зависимости сопротивления от температуры и практически скачкообразное изменение сопротивления из проводящего в непроводящее. До определенной, так называемой «переходной» температуры, сопротивление предохранителя практически не возрастает. При достижении «переходной» температуры сопротивление возрастает в логарифмической пропорции.

Рис.5. ТКС самовосстанавливающегося предохранителя

Принцип работы. При комнатной температуре материал имеет кристаллическую структуру. Проводящие частицы углерода расположены в нём по границам кристаллов достаточно плотно и близко друг к другу, образуя цепочки по которым может идти электрический ток. При возникновении аварийной ситуации через предохранитель начинает течь ток, превышающий номинальный, вследствие чего температура его материала начинает расти. Температура растёт пока не достигнет так называемой температуры «фазовой трансформации», при которой происходит изменение фазового состояния полимера из кристаллического в аморфное, сопровождаемое небольшим расширением. Проводящие частицы не сжатые кристаллами полимера движутся относительно друг друга и больше не могут проводить электрический ток. Предохранитель будет находиться в высокоомном состоянии до тех пор пока не будет устранена неисправность или снято напряжение. Это объясняется небольшим током утечки через предохранитель, достаточным для поддержания его в горячем состоянии.

Преимущества подобных самовосстанавливающихся предохранителей перед другими устройствами:

-многоразовое использование в отличие от плавких предохранителей;

-отсутствие участка с отрицательным ТКС, нечувствительность к броскам напряжения и отсутствие частотной зависимости в отличии от керамического позистора;

-сохранение высокоомного состояния до устранения неисправности в отличии от циклической работы биметаллических предохранителей.

Одно из важных применений самовосстанавливающегося предохранителя – связывание первичной и вторичной защиты воедино. Здесь он исполняет роль координирующего элемента (рис.6).

Рис.6. Самовосстанавливающийся предохранитель в качестве координационного элемента

При воздействии на систему защиты мощного грозового разряда за время порядка 1 мкс срабатывает вторичная защита ( SiBar ), через 5 мкс SiBar полностью откроется и ток, протекающий через предохранители, будет возрастать. Соответственно будет увеличиваться падение напряжения на них, что приведёт к «поджигу» разрядника и срабатывания уже первичной защиты. Если предохранителей не будет, то разрядник не сможет сработать из-за малого напряжения на его электродах, создаваемого вторичной защитой. При этом через вторичную защиту, имеющую маленькую мощность, потечёт ток много выше максимально допустимого значения и длительности, что приведёт к выходу из строя элемента вторичной защиты. При этом возможно как возгорание элемента, так и выход из строя защищаемого оборудования – защита окажется полностью неэффективной.

Основные фирмы производители: Bourns, Tyco Electronics Raychem.

Вывод: важно не только правильно подобрать элементы, но и правильно их сочетать друг с другом и соединять в цепочки, иначе эффективность защиты может быть сведена к нулю.

использованы материалы журнала «Компоненты и технологии» и материалы с интернет-ресурсов компаний производителей.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector