Монтаж разрядников РДИП-10 и РМК-20 на ВЛЗ-6-10кв. Габариты и расстояния.

• повреждение изоляции СИП-3

• разрушение самого изолятора на ВЛЗ

• пережог и обрыв провода

Дугозащитные рога

Первоначально широко применялась система дугозащитных «рогов». Когда дуга и однофазное замыкание искусственно переводились в двухфазное КЗ с гарантированным отключением ЛЭП.

Однако эта система имеет существенные недостатки:

• она не защищает изоляцию от перенапряжения

• не предотвращает отключения линии, а наоборот способствует этому

А между тем для линий с изолированной нейтралью однофазное замыкание не является аварийным режимом, требующим немедленного отключения.

Кроме того, «рога» периодически обгорают и требуют замены.

А при прохождении ВЛЗ через посадки и лесные просеки возможны межфазные замыкания из-за касания веток.

Поэтому для защиты ВЛЗ среднего напряжения 6-20кв от грозовых перенапряжений стали применять специальные устройства — длинно искровые разрядники петлевого типа РДИП.

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.

Длинно искровые разрядники

При этом не должно происходить:

• аварийных отключений ЛЭП

• разрушение изоляторов

• пережог провода

• плюс обеспечивается защита подстанционного оборудования и кабельных вставок

Длинно искровые разрядники РДИП или PDR-10 (фирмы Niled) должны быть установлены на защищенном участке трассы по одному на каждую опору с циклическим чередованием фаз.

То есть:

• на опоре №1 подключаем разрядник на фА

• на опоре №2 на фВ

• на опоре №3 на фС

Ставить на соседние фазы промежуточной опоры со штыревой изоляцией одновременно два разрядника РДИП не совсем желательно, даже если позволяет место. В противном случае однофазное замыкание может перейти в двухфазное с последующим аварийным отключением ВЛ.

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.

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.

Монтаж РДИП на ВЛ-6-10кв со штыревыми изоляторами

Чтобы выставить зазор между проводом СИП-3 и разрядником, разрешается вручную изменять изгиб петли. Далее монтируется универсальный или прокусывающий зажим. Он ставится с внутренней стороны петли.

Регулируется воздушный зазор. Его величина для ВЛЗ-6-10кв:

• 40мм от провода СИП

• 20мм от универсального зажима

Трехэлектродный разрядник с термореле производства компании CITEL

Более распространенный способ, когда речь идет о телекоммуникационных применениях — разрядник с термореле. В таких разрядниках используются прочные электроды, способные выдержать многократное срабатывание. Параллельно разряднику включается термореле. При возникновении дугового разряда камера нагревается и термореле срабатывает, шунтируя разрядник. Напряжение на разряднике падает до нулевого значения и дуговой разряд прекращается. После охлаждения термореле его контакты размыкаются и разрядник переходит в состояние покоя. Разрядники с термореле выдерживают до 10 срабатываний.

Установка на натяжную гирлянду

Первым делом ослабляете крепление плеч разрядника. После чего РДИП отделяется от крепежа.

Кронштейн разворачивается на 180 градусов и одевается только на одно из плеч.

Делается это для того, чтобы петлю разрядники можно было продеть через провод СИП не разрывая его. Теперь оба плеча можно вновь затянуть.

Закрепляете кронштейн крепления на верхней серьге гирлянды и выставляете воздушный зазор. Он замеряется между центральным электродом на разряднике и ближайшей металлической частью арматуры.

Если нет возможности закрепить РДИП за гирлянду, то используют подходящие крепления траверс и укосов.

Разновидности крепежа и расстояния для петлевого разрядника на ВЛЗ-6-10кв:

Угловая анкерная опораПовышенная угловая промежуточнаяУгловая промежуточнаяДвухцепная угловая промежуточнаяДвухцепная анкернаяУгловая анкернаяОдноцепная угловая промежуточная

Как отличить оригинальный разрядник РДИП-10 от контрафактного?

Основные различия таковы.

Отсутствует маркировка на самой оболочке ПИГР; конструкция кронштейна другая — у контрафакта сварной, у нас штампованный; оконцеватель (алюминиевый колпачок на торце изделия) — у нас в виде стакана цельный, полученный методом выдавливания, у контрафакта сделан из алюминиевой трубы и заглушен с одной стороны алюминиевой пробкой; внешняя поверхность ПИГР сильно затерта, пробой ПИГР при проверке электрической прочности изоляции; пружинные электроды на оригинальных разрядниках и плоские на контрафактных; на контрафактных РДИП шильды бывают «Стример», но без номера партии и номера изделия; как правило, в счетах и сопроводительных документах, контрафактные разрядники маркируются с использованием не римской, арабской 4-ки, т.е. РДИП-10-4-УХЛ1.

Недостатки РДИП

Однако длительный период эксплуатации показывает, что такого типа защита не всегда полностью выполняет свои функции. На некоторых ВЛ число однофазных КЗ может даже увеличиться.

Кроме того, испытания подтверждают что не всегда РДИП может защитить изоляцию на соседних опорах. То есть на последующих двух, где он не установлен по этой фазе. Здесь многое будет зависеть от марки изолятора, расстояния между опорами и уровня перенапряжения.

Даже изоляторы ШФ-20 может перекрыть.

Вот наглядное испытание в лаборатории:

Одноразовые и самовосстанавливающиеся разрядники

Одноразовый искровой разрядник не сможет защитить изоляцию и аппаратуру от повторного действия молнии. После завершения своего действия он представляет собой перемычку с сопротивлением, близким к нулю. В сетях электропитания такая перемычка вызывает срабатывание защиты, отключающей подачу электроэнергии. В телекоммуникационных сетях прерывается связь, что вызывает срабатывание сигнализации. После получения сигнала об обесточивании или прерывании связи на место выезжает специалист, заменяющий одноразовый разрядник.

Простейший вариант реализации одноразового разрядника — электроды внутри камеры, выполненные из металла, который расплавляется под действием высокой температуры. Более сложный вариант — перемычка, закрепленная на стенке камеры каплей легко плавящегося металла. При дуговом разряде эта капля расплавляется и перемычка соединяет электроды. Вероятно, вы уже догадались о том, что одноразовый искровой разрядник не самое лучшее решение для защиты электрических линий и устройств.

Самовосстанавливающийся искровой разрядник способен возвращаться в состояние покоя ограниченное число раз. Иногда такой разрядник используют совместно со счетчиком срабатываний, который позволяет оценить грозовую нагрузку и ожидаемый срок службы устройства.

Разрядники РМК-20, MCR

Поэтому в последнее время наряду с устройствами петлевого типа, стали широко применяться разрядники с мультикамерной системой РМК-20 или MCR (Niled).

Он более компактен и удобен в монтаже. По области применения и схеме установки MCR (РМК-20) аналогичен традиционным длинно-искровым. То есть также устанавливается на каждой опоре с чередованием фаз.

Из чего же состоит РМК-20:

• мультикамерная система — разрядный элемент

• кронштейн для закрепления к арматуре изолятора или траверсы

• универсальный зажим на провод

Он также может дополняться индикатором срабатывания.

Конструкция кронштейна универсальна и позволяет крепить РМК-20 на промежуточных и анкерных опорах СВ-105,110,164 с несколькими типами изоляции.

Методы гашения дуги

Обеспечение гашение дуги в заданный промежуток времени может быть обеспечено применением специального газа, который подавляет электрическую дугу при силе тока ниже порогового значения. Но на практике такой способ применяется редко, недостатком подобных разрядников является низкая стабильность ресурса использования. То есть, количество возможных срабатываний можно наперед определить только приблизительно.

Подготовка к монтажу

Перед установкой обязательно произведите внешний осмотр. Разрядный элемент должен быть без трещин, порезов, механических вмятин и т.д. Попробуйте прилагая легкое усилие согнуть элемент. Он должен быть достаточно упругим и сразу же восстанавливать свою изначальную форму.

Если в комплекте идут индикаторы срабатывания, то проверьте целостность стеклянной непрозрачной колбы.

Изначально разрядник поставляется в разобранном виде. Поэтому его необходимо собрать в единую конструкцию. Болтом с гайками и шайбами соединяете кронштейн и мультикамерную систему.

Как работает разрядник

Разрядники нужны для защиты воздушных линий электропередачи (ВЛ) от грозовых воздействий, в том числе и от последствий прямых ударов молний. ВЛ представляют собой длинные электрические цепи, состоящие из проводов и вспомогательных устройств, передающих и распределяющих электроэнергию. На любой протяженной линии есть несколько участков, которые требуют повышенного внимания. Например, если линия проходит через возвышенность, водную преграду, зону аномальной грозовой активности или расположена на подходе к подстанциям. Монтаж разрядников 10 кВ производства АО «НПО «Стример обеспечивает ограничение грозовых перенапряжений на линии, чем защищает оборудование электрических сетей и установок от аварийных отключений и повреждений после ударов молнии. При каждом воздействии молнии на энергетическое оборудование происходит выработка ресурса и значительное старение оборудования. Таким образом уменьшаются экономические потери от воздействия молнии на энергосистемы. Практика показывает, что затраты на мероприятия по молниезащите в несколько раз ниже, чем затраты на устранение последствий от ударов молнии.

Монтаж РМК-20 на штыревой изолятор

Разрядник своим креплением устанавливается непосредственно на штырь под изолятором. Причем кронштейн изначально должен быть слегка ослаблен для возможности регулировки его положения.

Угол смещения разрядника относительно оси провода должен находиться в пределах 30 градусов.

Также регулируется расстояние от кронштейна до нижней юбки изолятора — 30мм. Делать это лучше всего с помощью шаблона.

После регулировки болты кронштейна можно затягивать. Усилие затяжки 25Нм.

Между проводом СИП-3 и наконечником РМК-20 должен быть воздушный промежуток фиксированной величины. Для этого на провод монтируется универсальный зажим.

Для ВЛЗ с проводами СИП-3 зажим имеет прокалывающий шип.

Важное замечание: если провод фиксируется на изоляторе спиральной вязкой, то шип должен проходить между ее витками, не повреждая саму вязку!

Этот зазор должен быть в следующих пределах:

• для ВЛ-6-10кв — 40-60мм

• для ВЛ-20кв — 50-70мм

Обратите внимание, что изгибать разрядник без ослабления его кронштейна запрещается. Иначе можете повредить внутренний армирующий элемент.

Монтаж опор для ВЛЗ-10кв

Провод СИП-3 может монтироваться как на новые опоры, так и на уже существующие, взамен голых проводов АС-50-70-95-120. Естественно с заменой всей несущей, крепежной арматуры и изоляции. Замена старой ВЛ-10кв на новую ВЛЗ с проводами СИП-3 называется реконструкцией.

И реконструкцию и новое строительство обязательно выполняют по проекту.

Для предотвращения коррозии, а также в силу того, что линия должна быть необслуживаемой, необходимо использовать оцинкованные траверсы. В противном случае, вам через несколько лет придется заново подниматься на каждую опору и для защиты от ржавчины перекрашивать выцветшие траверсы.

Траверса сразу заземляется. Делается это через присоединение плашечным зажимом и стальным прутом диаметром минимум 10мм (сечением 78,5мм2) к заземляющему выпуску на макушке опоры.

На ж/б опорах допускается как сварное присоединение, так и болтовое. На деревянных рекомендуется использовать в первую очередь плашки.

На многостоечных анкерных опорах количество заземляющих спусков должно быть не менее двух. В качестве таковых можно использовать элементы продольной арматуры железобетонных стоек СВ-105-110.

Все металлоконструкции здесь (крепление подкоса, сама траверса) заземляют сверху, через заземляющий выпуск. Не требуется делать отдельный спуск выполненный прутом или полосой, непосредственно по телу опоры до земли.

Изоляторы на траверсу желательно не накручивать на земле до момента установки опоры, во избежание случайного повреждения и боя при монтаже спецтехникой. Частично оборудованную стойку с помощью автокрана или бурокрановой машины устанавливают в нужной точке.

Затем монтируются один или два подкоса. Их число зависит от схемы трассы и определяется проектом.

Опора должна быть заглублена не менее чем на 2,3-2,5 метра. После этого монтируются промежуточные опоры.

Монтаж разрядника на подвесной изоляции ПС-70

Разрядник закрепляется сверху на серьге подвесного изолятора.

Угол смещения элемента разрядника от оси провода — 30 градусов.

Выставив угол, кронштейн затягивается. Далее регулируете зазоры. Расстояние по горизонтали между юбкой верхнего изолятора и электродом разрядника должно быть примерно 30мм. Выставив его затягиваете все гайки.

Универсальный зажим здесь устанавливается максимально близко, вплотную к поддерживающему зажиму гирлянды.

При монтаже индикатора срабатывания соблюдайте его вертикальное расположение. В то же время он должен располагаться под сферическим электродом разрядника.

Выводы

Искровые разрядники находят свое применение как недорогие надежные устройства, способные выдерживать большие нагрузки. В телекоммуникационных приложениях использование варисторов ограничено из-за высокой емкости. В то же время, целесообразность их использования во многом упирается в экономику. Вентильный разрядник — дорогое устройство, требующее замены через каждые 20 срабатываний. Разница в стоимости между твердотельным и вентильным разрядниками полностью перекрывается более высокими затратами на эксплуатацию, так что твердотельный разрядник предпочтительнее.

Так ли хороши импортные разрядники?

На протяжении многих лет мы, ЗАО «ЭМСОТЕХ», тысячами покупали разрядники разных типов и применяли их в комплексных помехозащитных устройствах. Накопился определенный опыт работы с импортными разрядниками. Он привел к тому, что специалисты ЗАО «ЭМСОТЕХ» стали с осторожностью относиться к характеристикам разрядников, декларируемых их производителями. Нами были закуплены и протестированы в лаборатории разрядники большинства иностранных фирм, имеющих в России сбытовые сети и ведущих активную рекламу в Интернете. Оказалось что, несмотря на наличие сертификатов, подтверждающих соответствие разрядников требованиям стандартов, большинство проверенных разрядников имеют многократно завышенные характеристики.

По результатам исследований мы были вынуждены отказаться от импорта сильноточных разрядников, и разработать для своих изделий оригинальную конструкцию разрядника (получен патент на изобретение), в наибольшей степени удовлетворяющего требованиям грозозащиты.

Результаты сравнительных испытаний разрядников приведены в отчете.

Разницу в состоянии импортных разрядников и разрядника ЗАО «ЭМСОТЕХ» после испытаний можно не комментировать. Результаты испытаний отражают одно из основных положений советской школы конструирования: «запас карман не тянет». Поэтому срок службы наших разрядников эквивалентен сроку службы электрооборудования защищаемого объекта. У западных фирм подход иной: проектировать защиту с ограниченным сроком службы, так как периодическая диагностика и последующая замена разрядников приносит значительный доход.

Разрядники грозозащитные РГЗН и комплексные грозозащитные устройства на их основе

Наши новые изделия — разрядники грозозащитные низковольтные (РГЗН) и комплексные грозозащитные устройства на их основе. Предназначены для защиты низковольтных вводов в здания, защиты низковольтных обмоток трансформаторных подстанций, защиты автономных источников электроэнергии (дизель-генераторов и др.), защиты кабелей от пробоя изоляции и защиты иного низковольтного оборудования от грозовых и коммутационных перенапряжений, токов разряда молнии. Разрядники защищены патентом РФ на изобретение.

Статья подготовлена специалистами ЗАО «ЭМСОТЕХ» и размещена на сайте с их любезного разрешения.

Защититься от молнии без разрядников обойтись можно, но сложно и дорого. Это обязательный элемент системы молниезащиты, поэтому рассмотрим разрядники более подробно.
Искровые низковольтные сильноточные разрядники способны быстро закоротить пораженную разрядом молнии линию электропитания на землю и создать путь с низким сопротивлением для тока разряда молнии. Важно правильно выбрать разрядник, место его установки и способ монтажа.

Иностранные производители разрядников активно работают на отечественном рынке, предлагают тысячи типов разрядников, предоставляют подробные каталоги и рекомендации по выбору. Однако на своем примере ЗАО «ЭМСОТЕХ» убедилось, что при выборе разрядников следует ориентироваться на известное изречение: «гладко было на бумаге, да забыли про овраги».

Так ли хороши импортные разрядники?

На протяжении многих лет мы, ЗАО «ЭМСОТЕХ», тысячами покупали разряд­ники разных типов и применяли их в ком­плексных помехозащитных устройствах. Накопился определенный опыт работы с импортными разрядниками. Он привел к тому, что спе­циалисты ЗАО «ЭМСОТЕХ» стали с осторожностью относиться к характеристи­кам разрядников, декларируемых их производителями. Нами были закуплены и протестированы в лаборатории разрядники большинства иностранных фирм, имеющих в России сбытовые сети и ведущих активную рекламу в Интернете. Оказалось что, не смотря на наличие сертификатов, подтверждаю­щих соответствие разрядников требованиям стандартов, большинство проверенных разрядников имеют многократно завышенные характеристики.

По результатам исследований мы были вынуждены отказаться от импорта сильноточных разрядников, и разработать для своих изделий оригинальную конструкцию разрядника (получен патент на изобретение), в наибольшей степени удовлетворяющего требованиям грозозащиты.

• Результаты сравнительных испытаний разрядников приведены в отчете (формат Adobe PDF).

Разницу в состоянии импортных разрядников и разрядника ЗАО «ЭМСОТЕХ» после испытаний можно не комментировать. Результаты испытаний отражают одно из основных положений советской школы конструирования: «запас карман не тянет». Поэтому мы даем на свои разрядники гарантии, эквивалентные сроку службы электрооборудования защищаемого объекта. У западных фирм подход иной: проектировать защиту с ограниченным сроком службы, так как периодическая диагностика и последующая замена разрядников приносит значительный доход.

Почему характеристики импортных разрядников завышены?

Подозревать ведущие фирмы мира в солидарном завышении характеристик разрядников ради рекламы было бы проявлением неуважения к конкурентам, такая позиция изначально неверна. Импортные разрядники разрушаются при импульсных воздействиях по иной причине.

Немногим специалистам в области грозозащиты известны разногласия между отечественной и зарубежной научной школой изучения молнии в отношении методов испытания грозозащиты, основанные, прежде всего, на возможности технической реализации имитаторов разряда молнии.

При разработке имитаторов разряда молнии отечественная научная школа исходит из того, что разряд молнии инициируется эквивалентным источником тока, имеющим большое внутреннее сопротивление. Источник тока молнии при испытаниях моделируется емкостным накопителем, который позволяет за короткий промежуток времени отдать большую импульсную мощность испытуемому элементу. Емкостному накопителю при его заряде через высоковольтный выпрямитель передается заряд Q=CU (Ас), соответствующий имитируемой фазе разряда молнии, заряд Q при разряде емкостного накопителя через формирующие цепи передается испытуемому разряднику.

Производители импортных разрядников испытывают их на своих имитаторах по стандарту МЭК 62305-1-2006. Однако в таком имитаторе заряд Q, протекающий через разрядник, рассчитывается теоретически и оказывается в десятки раз больше начального заряда емкостного накопителя. Внутреннее сопротивление такого имитатора оказывается очень низким (а у молнии — высоким), поэтому в зависимости от вида нагрузки имитатора нарушается энергетический режим испытаний, в результате чего к разряднику подводится энергия намного меньшая той, которая возникает при разряде молнии. В результате условия испытания разрядников на имитаторах по МЭК оказываются намного мягче, чем на имитаторе с прямым разрядом емкостного накопителя.

ЗАО «ЭМСОТЕХ» имеет в лаборатории оба типа имитаторов. На имитаторе по МЭК импортные разрядники проходят испытания и их экспериментальные характеристики в основном соответствуют паспортным. Однако при испытаниях на имитаторе с прямым разрядом емкостного накопителя, при тех же значениях пикового тока, все проверенные импортные разрядники разрушились.

Заблуждения в отношении сильноточных разрядников.

Почему нельзя верить рекламным утверждениям инофирм?

• 1. Хороши ли разрядники с низким порогом срабатывания, вплоть до значений менее 1 кВ?

Чем вызвана необходимость в применении управляемых разрядников с низким порогом срабатывания (обычно 0,9…1,5 кВ)? Основная схема применения разрядников в схемах грозозащиты электронного оборудования — двухступенчатая. Первая ступень — разрядник, вторая — варистор, селективность их срабатывания обеспечивается развязывающим дросселем либо отрезком кабеля.

В схеме разрядник срабатывает при возникновении перенапряжения и отводит ток разряда молнии на землю, варистор ограничивает до безопасного уровня импульс перенапряжения до момента пробоя разрядника, а дроссель на короткое время не дает варистору зашунтировать перенапряжение и тем самым обеспечивает срабатывание разрядника. Если варистор ограничивает перенапряжение до 1 кВ, а разрядник срабатывает при 4 кВ, то индуктивность дросселя должна быть такой, чтобы на нем возникало падение импульсного напряжения не менее 3 кВ. Если перенапряжение и ток нарастают медленно, приходиться увеличить индуктивность дросселя, делать его крупнее и дороже. Разрядники производят в основном «корпусировщики», то есть фирмы, специализирующиеся на производстве пластмассовых корпусов и упаковке в них различных устройств. Дроссель с большой индуктивностью, номинальным и импульсным током трудно упаковать в пластмассовый корпус для установки на DIN-рейку. Конструкторская мысль западных производителей разрядников пришла к идее применения управляемых разрядников, напряжение срабатывания которых было бы ниже напряжения ограничения варисторов, и тогда варистор и разрядник срабатывали бы сами по себе, без применения дросселя. Однако «у каждой медали есть оборотная сторона».

Грозовые импульсные перенапряжения с амплитудой до 10…30 кВ, при которых срабатывают обычные неуправляемые разрядники с напряжением пробоя 4 кВ, возникают несколько раз в год. Столько же раз будут возникать короткие замыкания в электроустановке, обусловленные срабатыванием разрядников.

Коммутационные импульсные перенапряжения с амплитудой в единицы кВ возникают гораздо чаще. В сетях электропитания промышленных предприятий коммутационные перенапряжения с амплитудой более 1 кВ возникают ежедневно, порою при каждом включении и выключении оборудования. Соответственно, существенно возрастает вероятность срабатывания управляемых разрядников, например, с напряжением пробоя 0,9 кВ. Каждое срабатывание разрядника вызывает короткое замыкание в сети электропитания. Применение управляемых разрядников с низкими порогами срабатывания приводит к возрастанию количества провалов напряжения, сопутствующих им перенапряжений при восстановлении напряжения, и росту числа отключений цепей потребителей из-за срабатывания максимально-токовой защиты электроустановок.

• 2. Могут ли разрядники гасить дугу сопутствующего тока также хорошо, как автоматические выключатели и предохранители?

Предохранители или автоматические выключатели изначально разрабатываются, как токоограничивающие устройства защиты, которые в силу особенностей конструкции стремятся как можно быстрее отключить аварийную цепь. При коротких замыканиях с максимальной кратностью они отключают ток короткого замыкания за время, меньшее 10 мс. Грозозащитный разрядник по внешним признакам системы электродов, формирующих дугу сопутствующего тока, как бы похож на автоматический выключатель, но физика явлений на электродах кардинально различается. Например, разрядник может иметь роговидные электроды, по форме напоминающие контакты в автоматическом выключателе, и может иметь дугогасящую решетку, такую же, как в автоматическом выключателе. Однако для того, чтобы ограничить ток короткого замыкания, контакты в автоматическом выключателе под действием пружинного механизма быстро расходятся на большие расстояния, дуга растягивается механически и действием электромагнитных сил принудительно загоняется в дугогасящую решетку, в которой, по определению, и гаснет.
В разряднике все иначе, его конструкция не позволяет моментально разрывать дугу:

• Электроды неподвижны, поэтому дуга механически не растягивается, и начальный межэлектродный зазор (около 1 мм) может быть перекрыт как перенапряжением при обрыве дуги, так и облаком ионизированной плазмы. Из-за этого процесс гашения дуги может затянуться во времени.
• В разряднике электромагнитные силы могут и не способствовать выдуванию дуги из разрядного промежутка, а действовать в противоположном направлении, задувая дугу в маленький зазор, предназначенный не для гашения дуги, а для формирования искрового разряда. Мы имели возможность в этом убедиться на неудачных конструкциях разрядников известных производителей.
• Электромагнитные усилия, воздействующие на дугу сопутствующего тока, очень велики, когда на сопутствующий ток накладывается большой импульсный разрядный ток. Импульсный ток выдувает дугу из узкой щели на рога с большим межэлектродным зазором, длинная дуга сопутствующего тока интенсивнее охлаждается и быстрее гасится. При малых импульсных токах дуга сопутствующего тока буквально «прилипает» к электродам разрядника и относительно слабого сопутствующего тока оказывается недостаточно для ускорения дуги до тех значений скорости, при которых она гаснет из-за охлаждения набегающим потоком воздуха.
• По ГОСТ Р 51992-2002 в испытуемом разряднике время гашения сопутствующего тока не контролируется, лишь бы «сквозной ток был самозатухающим». Самозатухание сопутствующего тока проверяется только при максимальном его значении, а гасится сопутствующий ток хуже всего при низких значениях тока, когда малы силы, затягивающие дугу в дугогасящую решетку. Главное требование стандарта состоит в том, чтобы при таких испытаниях разрядник не имел механических разрушений и на протяжении интервала охлаждения разрядника (25…30 мин.) была «достигнута тепловая стабильность».
• Одна из составляющих разряда молнии с током в сотни ампер имеет форму однополярного импульса длительностью до 0,5 с. Это постоянный ток, который гасится очень плохо, он не дает дуге сопутствующего тока частотой 50 Гц погаситься при переходе через ноль.

Поэтому разрядник вовсе не обязан гасить дугу с токоограничивающим эффектом. Разрядник может погасить дугу, например, за 5 секунд, при этом он будет соответствовать стандарту, так как не разрушился и не перегрелся. При этом на защищаемом объекте из-за многократных (за грозовой сезон) коротких замыканий и связанных с ними нарушений в работе электроустановок, выйдет из строя несколько единиц оборудования.

Проектант должен знать — система дугогашения в разряднике может быть очень качественной, и рассчитана на большой сопутствующий ток, но полностью полагаться на нее нельзя. Первостепенная задача для разрядника — отвести ток молнии на землю, однако дугу разрядники гасят плохо.

• 3. Можно ли заменить искровые разрядники «варисторными разрядниками»?

«Варисторные разрядники», не смотря на свое торговое название, по природе своей остаются теми же варисторами, но упакованными в модули, иногда напоминающие корпуса искровых разрядников. ЗАО «ЭМСОТЕХ» относится к числу немногих предприятий России, которые испытывали «варисторные разрядники». Можем утверждать, что никаких выдающихся характеристик (кроме цены) в сравнении с обычными модульными (блочными) варисторами «варисторные разрядники» не имеют и попытка заменить ими грозозащитные разрядники заведомо обречена на неудачу.

• 4. Правда ли, что лучшие разрядники — с угольными электродами?

Специалистам в области разработки сильноточных разрядников для грозозащиты силовых сетей электропитания известно, что самый плохой материал для таких разрядников — уголь.

Все дело в физике явлений на электродах. Для того чтобы разрядник быстро отреагировал на возникновение перенапряжения и замкнул пораженную молнией цепь на землю, разрядник должен иметь как можно меньшее время задержки срабатывания после возникновения на его электродах напряжения, достаточного для пробоя межэлектродного зазора. Для быстрого формирования электронной лавины и начального тока дуги нужно много электронов, которые извлекаются электрическим полем из материала электрода. Легкие металлы имеют низкие значения работы выхода электронов, то есть полю легко извлекать из этих материалов электроны. Уголь имеет высокое значение работы выхода электронов, то есть полю трудно извлекать из него электроны, необходимая их концентрация формируется дольше, поэтому велико время задержки срабатывания. В результате разрядник может сработать уже после того, как электроника поражена перенапряжением.

После того, как разрядник сработал от перенапряжения, через него начинает протекать сопутствующий ток 50 Гц, разрядник должен его погасить. Существует понятие критического значения тока дуги, при котором нагретые основания дуги мгновенно (за 1 мкс) охлаждаются. Основания дуги за этим переходом могут стать практически мгновенно «холодными», не испускающими электронов термоэмиссии со своей поверхности. При снижении тока дуги ниже критических значений происходит скачкообразное восстановление прочности электрического промежутка при переходе тока через ноль. Высокое критическое действующее значение тока (для частоты 50 Гц) у серебра — 210 А и меди — 165 А, а самое низкое критическое значение тока у угля — 2 А. Поэтому контакты аппаратов защиты низкого напряжения изготавливают из серебра или меди, и поэтому погасить дугу на угольных электродах намного сложнее, чем на электродах из металлов. Если на медных электродах дуга от источника тока с номинальным напряжением 220 В гаснет уже при двух разрывах, то для угля их надо намного больше, потому и делают угольные разрядники многозазорными.

Истории электротехники известна «свеча Яблочкова» в которой дуга переменного тока горела, не затухая, между параллельными стержневыми угольными электродами. Это хорошая иллюстрация «дугогасящих свойств» угольных электродов.

Выбор угля для электродов оправдан лишь с точки зрения рентабельности их изготовления. Производство таких электродов технологичнее металлических, его легче организовать «с нуля».

• 5. Можно ли разрядники с импульсным током в десятки кА применять в шкафах с предохранителями на ток в десятки ампер?

Обратимся к каталогу продукции известной фирмы: разрядник DB 1 255 Н может пропустить ток молнии 50 кА (10/350 мкс), а его способность ограничить сопутствующий ток настолько хороша, что разрядник не вызывает срабатывание предохранителя на ток 32 А. О том, что разрядник не способен пропустить ток молнии 50 кА мы уже говорили (расплавилась начинка разрядника). Открываем рекомендации по применению продукции той же фирмы, читаем: предохранитель 32 А при токе 15 кА взрывается, а при токе 4 кА начинает плавиться его вставка и на ней дополнительно возникает перенапряжение до 2 кВ. То есть даже при удаленных разрядах молнии, когда нет опасности для электроустановки, разрядник сработает, а следом предохранитель перегорит не из-за сопутствующего, а из-за импульсного тока. В результате схема защиты становится одноразовой, а возможности дорогостоящего разрядника не будут использоваться в полной мере. Если же молния попала в электроустановку, то предохранитель превращается в эквивалентный по объему кусок взрывчатки со всеми вытекающими последствиями для электрооборудования.

Для справки: предохранитель Курского завода типа ПП32 с отключающей способностью 100 кА, на ток 400 А, перегорает при воздействии тока 25 кА (10/350 мкс) и взрывается при токе порядка 50 кА (слишком велика скорость выделения энергии, хотя импульсный ток в два раза меньше допустимого ударного тока). То есть даже с таким предохранителем возможности дорогостоящего разрядника на ток 50 кА не будут использоваться в полной мере. Кроме того, при сверхбыстром отключении предохранителя перенапряжением повреждается электроустановка.

Как правильно применять разрядники?

С позиции большинства потребителей электрической энергии лучшее место установки разрядников и иной защиты от перенапряжений — трансформаторная подстанция (ТП). Это не совсем правильно. Мы уже убедились, что разрядники — устройства довольно-таки нежные, но и внешне могучие ТП не любят ударных воздействий, например, ударных токов короткого замыкания, возникающих непосредственно на их шинах. При таких воздействиях рвутся обмотки трансформаторов, трещит по швам изоляция обмоток, скручивается ошиновка. Лучше, если короткое замыкание произошло чуть дальше от ТП, тогда ударный ток ограничивается импедансом кабеля.

Если ввод электропитания в здание выполнен кабелем подземной прокладки, и длина кабеля от ТП до вводного устройства (ВУ) в здание не превышает 50 м, то лучше установить разрядники в шкафу ВУ здания. Импеданс кабеля ограничит ударный ток короткого замыкания, и ТП будет работать в более комфортных условиях, прослужит дольше, да и условия гашения сопутствующего тока в разряднике облегчаются. Импульс перенапряжения бежит по кабелю со скоростью около 150 м/мкс, поэтому после удара молнии в кабель сработает разрядник в ВУ, а через время, определяемое в первом приближении, как 50м:150м/мкс=0,3мкс ТП «узнает» об этом, и грозовое перенапряжение на изоляции ТП исчезнет. За время 300 нс частичные разряды в изоляции ТП не успеют сформировать канал пробоя изоляции, поэтому она не будет повреждена.