Применяются для защиты изоляции электрооборудования подстанций разрядники РВ, также наравне с ними используются нелинейные ограничители напряжения. В соответствии с защитными характеристиками этих аппаратов устанавливаются уровни изоляции трансформаторов и аппаратов подстанций.
Основными элементами вертикального разрядника являются многократный искровой промежуток и соединенный последовательно с ним резистор с нелинейной вольт-амперной характеристикой (рисунок 40). При воздействии на РВ импульса грозового перенапряжения пробивается искровой промежуток ИП и через разрядник проходит импульсный ток, создающий падение напряжения на сопротивлении резистора. Благодаря нелинейной вольт-амперной характеристике это падение напряжения мало меняется при существенном изменении импульсного тока (рисунок 41).
Одной из основных характеристик РВ является остающееся напряжение Uост, представляющее собой падение напряжения на сопротивлении резистора при определенном импульсном токе (5-14 кА в зависимости от типа РВ), который называется током координации.
Остающееся напряжение и близкое к нему по значению импульсное пробивное напряжение искрового промежутка РВ Uпр должны быть на 20-25% ниже разрядного или пробивного напряжения защищаемой 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 надёжно обрывается сопровождающий ток, называется напряжением гашения Uгаш, а соответствующий сопровождающий ток – током гашения Iгаш.
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 =К U .
Рисунок 41 - Вольт-амперные характеристики вентильных разрядников: 1 и 2 разные нелинейности резистора; 1 и 3 разные токи гашения
Основу нелинейного резистора разрядника составляет порошок электротехнического карборунда SiC, на поверхности карборунда имеется запорный слой толщиной порядка 100 мкм из окиси кремния SiO , сопротивление которого нелинейно зависит от напряженности электрического поля. При малых напряженностях поля (при небольших напряжениях на резисторе) удельное сопротивление слоя составляет - и практически все напряжение ложится на него, так как удельное сопротивление самого карборунда значительно меньше – около . При повышении напряженности поля сопротивление запорного слоя резко падает и значение сопротивления нелинейного резистора начинает определяться собственно карборундом. Свойства материала резко менять своё сопротивление в зависимости от напряжения, обеспечивать пропускание очень больших токов при высоких напряжениях и весьма малых при пониженных, называют «вентильными». Отсюда и название аппарата «вентильный разрядник».
Нелинейные резисторы РВ выполняются в виде дисков, состоящих из карбонудового порошка и связующего материала. В зависимости от технологии изготовления получают диски из вилита или терлита. В качестве связки используется жидкое стекло. На искровые промежутки РВ возлагается подключение нелинейного резистора при перенапряжениях и его отключение при прохождении сопровождающего тока.
Простейший единичный промежуток (рисунок 42) состоит из двух латунных электродов, разделенных миканитовой шайбой. Электрическое поле между электродами близко к однородному. В воздушных прослойках между поверхностью электродов и миканитом в силу разности диэлектрических проницаемостей воздуха и миканита возникает ионизация, в результате чего межэлектродное пространство снабжается начальными электронами. Пробой промежутка происходит при коэффициенте импульса, близком к единице.
Гашение сопровождающего тока многократным ИП основан на нестабильности горения короткой дуги в промежутке с холодными электродами. После погасания дуги происходит относительно медленное восстановление электрической прочности.
По электрическим характеристикам разрядники подразделяются на 4 группы.
К первой группе относятся разрядники РВТ (токоограничивающий) и РВРД (с растягивающей дугой). Разрядники этих серий комплектуются из тервитовых дисков и токоограничивающих искровых промежутков. Защитное отношение этих разрядников существенно ниже, чем разрядники серии РВМ. Разрядники на 3-10 кВ, предназначенные для защиты вращающихся машин, имеют остающееся напряжение при токе 3 кА и импульсное пробивное напряжение не выше испытательных напряжений изоляции машины. Высокая пропускная способность тервита позволяет использовать эти разрядники для ограничения внутренних перенапряжений.
Магнитно-вентильные разрядники на напряжение 3-35 кВ составляют серию РВМ (магнитный), а на напряжение 110-500 кВ – серию РВМГ (магнитно- грозовой). Они относятся ко второй группе. В разрядниках этих серий применены искровые промежутки с магнитным гашением и вилитовые диски диаметром 150 мм, что увеличило их пропускную способность.
Широко распространенные разрядники серии РВС (станционные) относятся к третьей группе. Они применяются для защиты электрооборудования напряжением 15-220 кВ. Разрядники этой серии на высшие классы напряжений комплектуются из стандартных элементов на более низкие напряжения. Стандартный элемент, например на 35 кВ (РВС-35), содержит 32 единичных искровых промежутка (рисунок 42) и 11 вилитовых дисков диаметром 100 мм и высотой 60 мм. Контакт между дисками осуществляется посредством металлизации их поверхностей. Комплект искровых промежутков и вилитовых дисков помещается в герметизированный фарфоровый чехол. Герметизация необходима для предохранения вилита от действия влаги и для обеспечения стабильности разрядных характеристик искровых промежутков.
К четвёртой группе относятся разрядники серии РВП (подстанционное) и РВО (облегченный, для защиты сельских сетей) на напряжение 3-10 кВ. Нелинейные резисторы этих разрядников комплектуются из вилитовых дисков, искровой промежуток набирается из элементов.
Комбинированные вентильные разрядники серии РВМК (рисунок 55) предназначены для ограничения как грозовых, так и внутренних перенапряжений в системах 330-750 кВ. Нелинейные резисторы комбинированных разрядников изготавливаются из тервита, имеющего =0,154-0,25, что хуже, чем у вилита.
