Тръбни ограничители — устройство, характеристики, приложение, предимства и недостатъци

Използването на гръмоотводи не изключва напълно мълниеносното увреждане на електрически инсталации, особено на електропроводи, тъй като вероятността от пробив на мълния за въздушни електропроводи може да бъде относително висока и освен това те често се извършват изобщо без защита на проводниците. Пренапреженията, които възникват по линиите при удари на мълния, достигат до подстанции (поради което се наричат ​​падащи вълни) и могат да представляват опасност за изолацията на инсталираното там оборудване.

За да предотвратите повреда на всяка изолационна конструкция, включете искра, волт-секунда (чиято характеристика трябва да лежи под характеристиката на волта-секунда на защитената изолация. Ако това условие е изпълнено, спадът на вълната от пренапрежение във всички случаи ще предизвика разрушаване на искровия процеп, последвано от рязко спад («прекъсване») на напрежението през искровия процеп и на защитената изолация.импулсен ток през искровия процеп ще започне да тече ток поради напрежението на индустриалната честота на електрическата инсталация — съпътстващия ток.

В инсталации със заземена неутрала или в случай на повреда на искровото пространство в две или три фази, следващата токова дъга може да не изгасне сама, а импулсната повреда в този случай ще се превърне в стабилно късо съединение, което ще доведе до до прекъсване на инсталацията. Следователно, за да се избегне такова спиране на инсталацията, е необходимо да се гаси следващата токова дъга през искровия процеп.

Устройства, които осигуряват не само изолационна защита срещу пренапрежение, но и гасят следващата токова дъга за време, по -малко от продължителността на релейната защита, се наричат защитни ограничители за разлика от конвенционалните свещи, които обикновено се наричат защитни пролуки (PZ).

Тръбни ограничители заедно с клапан са основните видове задържатели. Те се различават по принципа на последващо гасене на токова дъга. При тръбните ограничители дъгата се гаси чрез създаване на интензивен надлъжен взрив, а при вентилните ограничители дъгата се гаси поради намаляване на последващия ток с помощта на допълнително съпротивление, свързано последователно с искровия процеп.

Тръбна искрова междина (фиг. 1, а) е тръба 2, изработена от изолиращ газогенериращ материал, вътре в която има нерегулирана дугогасяща междина S1, образувана от прътов електрод 3 и фланец 4. Искрата е отделени от работното напрежение с външна искрова междина, тъй като тръбата 2 не е предназначена за дългосрочно присъствие под напрежение поради разлагането на газогенериращия материал под въздействието на течове на утечка. Вторият фланец 1 на ограничителя е заземен.

Ориз. 1. Тръбен разрядник: а — устройство и комутационна верига, б — конвенционално обозначение на диаграмите, в — напрежение в разрядника, г — еквивалентна верига.

При пренапрежение в мрежата (Фиг. 1, в) и двете искрови пробиви пробиват и вълната от пренапрежение (крива 1) се прекъсва. Съпътстващ ток започва да тече по пътя, създаден от импулсния разряд, а искровият разряд се превръща в дъгов разряд.Под действието на високата температура на дъговия канал на съпътстващия ток материалът на тръбата се разлага с отделянето на голямо количество газове, налягането в нея рязко се увеличава (до десетки атмосфери) и газовете се принуждават навън през отвора на фланеца 4, създавайки интензивен надлъжен взрив. В резултат на това дъгата се гаси при първото преминаване на тока през нула.

Когато се задейства искровият процеп, от него се отделят нажежаеми йонизирани газове под формата на факел с дължина 5 1,5 — 3,5 м и ширина 1 — 2,5 м (в зависимост от номиналното напрежение на искровия процеп) и се чува звук, наподобяващ изстрел чух. Следователно, за да се предотвратят фазови фазови повреди, при инсталирането на ограничители е необходимо да се гарантира, че тоководещите части на съседни фази не попадат в изпускателната зона. Задействащото напрежение на ограничителите може да се регулира чрез промяна на разстоянието на външната искрова междина, но те не могат да бъдат намалени под определен минимум, тъй като това причинява твърде често задействане на отводнителите и увеличеното им износване.

Тъй като електрическото поле на прътовидните електроди на тръбната искрова междина е силно нехомогенно, неговата волтово-втора характеристика има намаляващ характер в областта до 6-8 μs, което не е в съответствие с характеристиките на плоските волт-секунди на трансформаторите и електрически машини. За успешното гасене на дъга е необходима определена интензивност на образуване на газ, поради което има долна граница на токовете, които трябва да се изключат, при която разрядникът все още може да гаси дъгата в рамките на 1-2 полупериода.

Горната граница на прекъсващите токове също е ограничена, тъй като прекалено интензивното газообразуване може да доведе до разрушаване на ограничителя (разкъсване на тръбата или разрушаване на фланците).

Обхватът на прекъснатите токове е посочен в обозначението на типа на разрядника, например RTV 35 / (0,5 — 2,5) означава тръбен разрядник 0,5 — 2,5 винилова пластмаса за 35 kV с диапазон на прекъснати токове 0,5 — 2,5 kA .

С намаляване на дължината на пролуката за потискане на дъгата и увеличаване на нейния диаметър, двете граници на изключените токове на разрядника се изместват към по -големи стойности.

Тъй като работата на ограничителя е придружена от изгаряне на част от материала на тръбата за потискане на дъгата, след 8 — 10 операции, когато диаметърът се увеличи с 20 — 25% в сравнение с първоначалния, отводникът става неизползваем (тъй като ограниченията на токовете, прекъснати от него, се променят) и трябва да бъдат заменени.

За да се вземе предвид броят на операциите, тръбните ограничители са оборудвани с индикатор за задействане под формата на метална лента 6 (виж фиг. 1, а), неразгъната от газовете, отделяни от ограничителя. В момента индустрията произвежда тръбни ограничители тип RTFв която газът се генерира от влакната тръба, и тип RTV с винилова пластмасова тръба.

Поради ниската механична якост на влакното, то е затворено в дебела тръба от бакелизирана хартия, която, за да се намали хигроскопичността му, е покрита с влагоустойчив лак (обикновено перхлоровинилов емайл), който може да издържи на атмосферните влияния през лятото и зимните периоди добре. Характерна особеност на ограничителите от тип RTF е наличието на камера в затворения край на тръбата, която засилва надлъжното издухване, когато токът преминава през нулевата стойност и по този начин допринася за гасенето на дъгата.

В RTV ограничителите газът се генерира от винилова пластмасова тръба, която има по-висока способност за генериране на газ и изолационни свойства, които са добре запазени дори при работа на открито при всяко време. RTV ограничителите имат по-опростен дизайн (нямат вътрешна камера, не изискват лакиране) и по-високи горни граници на прекъснати токове (15 kA вместо 7-10 kA за RTF ограничители).

Ориз. 2. Тръбен ограничител RTV-20-2 / 10

За работа в мрежи с много големи прекъснати токове (до 30 kA) се произвеждат подсилени ограничители от типа RTVU, чиято повишена механична якост се постига чрез навиване на винилова пластмасова тръба със слоеве стъклена лента, импрегнирана с устойчива на атмосферни влияния епоксидно съединение.

Импулсната пропускателна способност на тръбните ограничители, които преминават практически целия ток на мълния през себе си, когато удари линията, е доста висока и възлиза на 30–70 kA.

Изборът на тръбни ограничители се извършва според номиналното напрежение на мрежата и границите на токовете на късо съединение на мрежата в точката на тяхното инсталиране. Максимален ток на късо съединениеизчислява се при включване на всички мрежови елементи (линии, трансформатори, генератори), като се отчита апериодичната компонента на тока на късо съединение, минималният ток — с мрежова верига с частично изключени елементи (например за основен ремонт) и без да се отчита апериодичната компонента. Намерените граници на тока на късо съединение. трябва да се вписват в границите на прекъсващите токове на тръбния ограничител.

Тръбните ограничители се произвеждат за напрежения от 3 до 220 kV, прекъснатите токове са в диапазона от 0,2 — 7 и 1,5 — 30 kA при напрежение 3 — 35 kV до 0,4 — 7 и 2,2 — 30 kA при напрежение 110 kV . Ограничителят 220 kV се състои от два 110 kV тръбни разрядника, свързани чрез стоманена клетка с изпускателни тръби.

Основното недостатъци на тръбните ограничители са наличието на изпускателна зона, стръмно прекъсване на вълната на пренапрежение, късо съединение (макар и краткосрочно) от линиите към земята и особено стръмна волт-втора характеристика, която изключва възможността за широко използване на тръбни ограничители като устройство за защита на оборудване на подстанции. Недостатъкът на тръбните ограничители е и наличието на ограничаващи прекъснати токове, което усложнява тяхното производство и работа.

Поради своята простота и ниска цена, тръбните ограничители се използват широко като спомагателни средства за защита на подстанции, за защита на подстанции с ниска мощност и ниска критичност, както и отделни участъци от линии.

Понастоящем тръбните и вентилните ограничители постепенно се заменят с нелинейни ограничители на напрежението (ограничители)… Те са последователно свързани метални оксидни варистори (нелинейни резистори) без искри, затворени в порцеланов или полимерен корпус.