Принцип действия и основные характеристики вентильных разрядников

Oсновными элементами вентильного разрядника являются многократный искровой промежутокР, нелинейные сопротивления г и система высокоомных сопротивлений R, шунтирующих искровые промежутки Р (рис. 2).

При воздействии на разрядник импульса грозового перенапряжения пробивается искровой промежуток и через разрядник проходит импульсный ток, создающий падение напряжения на сопротивлении разрядника. Благодаря нелинейной вольт-амперной характеристике материала, из которого выполнено сопротивление, это напряжение мало меняется при изменении импульсного тока и незначительно отличается от импульсного пробивного напряжения искрового промежутка разрядника U_пр.и. Одной из основных характеристик разрядника является остающееся напряжение разрядника U_ocт, т.е. напряжение на определенном токе (5...14 кА для разных U_ном), который называется координирующим током. Импульсное пробивное напряжение искрового промежутка разрядника и близкое к нему напряжение U_oпт должны быть на 25% ниже разрядного напряжения изоляции (координационный интервал).

Вслед за импульсным током через РВ проходит сопровождающий ток промышленной частоты. Сопротивление нелинейного резистора при рабочем напряжении резко возрастает, сопровождающий ток существенно ограничивается и при переходе его через нулевое значение дуга в искровом промежутке гаснет.

Наибольшее напряжение промышленной частоты на РВ, при котором надежно обрывается сопровождающий ток, называется напряжением гашения Uгаш, а соответствующий сопровождающий ток - током гашения I_гаш-

Гашение сопровождающего тока может осуществляться в условиях однофазного замыкания на землю, поэтому в. качестве напряжения гашения принимается напряжение на здоровых фазах при однофазном замыкании на землю:

U_гаш = К₃U_ном

гдеКз - коэффициент, зависящий от способа заземления нейтрали; U_ном - номинальное линейное напряжение (Кз = 0.7 для установок с заземленной нейтралью; 1.1 - для установок с изолированной нейтралью).

Дугогасящее действие искрового промежутка РВ характеризуется коэффициентом гашения:

К_гаш = _Uпр/_Uгаш

где U_np - пробивное напряжение искровых промежутков при частоте 50 Гц;

а защитное действие нелинейного резистора - коэффициентом защиты (защитным отношением)

K = U_ост/ √2 U_гаш

Увеличение нелинейности сопротивления резистора приводит к уменьшению остающегося напряжения и к снижению К_защ (рис. 3), с другой стороны, чем больший ток 1гаш защитим для разрядника, тем меньше U_ocт при неизменной вольт-амперной характеристики сопротивления. Таким образом, значение К_защ определяется не только свойствами нелинейного резистора, но и конструкцией искрового промежутка, от которого зависит ток гашения.

Области больших токов соответствует более высокая нелинейность резистора, при чем коэффициент нелинейности для вилита имеет значение 0.11...0.22, а для тервита - 0.15...0.25. Начальный участок ВАХ соответствует области сопровождающих токов, и на нем находится U_гаш, а коэффициент нелинейности на этом участке составляет 0.28...0.3 для вилитов и 0.35...0.38 для тервита. Происхождение больших импульсных токов вызывает остаточные явления в материале нелинейного резистора, поэтому РВ имеет определенную пропускную способность, характеризующуюся гарантированным числом импульсов тока заданными параметрами, которые может выдержать резистор. Энергия импульса тока зависит от его амплитуды и длительности. При внутренних перенапряжениях, наоборот, наблюдаются большие длительности (2 мс и более) и относительно небольшие амплитуды тока. Поэтому пропускную способность разрядников принято характеризовать максимальным значением импульса тока 20…40 мкс и током прямоугольной формы длительностью 2 мс. Эти воздействия разрядники должны выдерживать не менее 20 раз.