Вентильные разрядники и ограничители перенапряжений

Вентильные разрядники предназначены для ограничения грозовых и коммутационных перенапряжений оборудования электроустановок. Целью ограничения перенапряжений является защита изоляции от разрушения.

Защитное действие разрядника обусловлено тем, что при появлении опасного для изоляции перенапряжения происходит пробой искрового промежутка разрядника, а протекающий через разрядник импульсный ток вследствие нелинейности рабочего сопротивления не создает опасного для изоляции повышения напряжения.

Вентильный разрядник состоит из двух основных компонентов: многократного искрового промежутка и рабочего резистора, состоящего из последовательного набора вилитовых дисков. Многократный искровой промежуток последовательно соединен с рабочим резистором. Вилит обладает нелинейным сопротивлением – оно снижается с увеличением значения силы тока. У вентильных разрядников имеются недостатки, обусловленные наличием искрового промежутка: низкая чувствительность и быстродействие, сопровождающий ток КЗ на землю, взрывоопасность.

Ограничитель перенапряжения нелинейный (ОПН) также защищает сеть от перенапряжений, но в отличие от вентильного разрядника, не содержит искровых промежутков. Активная часть ОПН состоит из легированного металла, при подаче напряжения он ведет себя как множество последовательно соединенных варисторов – специальных полупроводниковых резисторов с переменным сопротивлением. Принцип действия ОПН основан на том, что проводимость варисторов нелинейно зависит от приложенного напряжения. При отсутствии перенапряжений ОПН не пропускает ток, но как только на участке сети возникает перенапряжение, сопротивление ОПН резко снижается, чем и обуславливается эффект защиты от перенапряжения. После окончания действия перенапряжения на выводах ОПН, его сопротивление опять возрастает. Переход из «закрытого» в «открытое» состояние занимает единицы наносекунд (в отличие от разрядников с искровыми промежутками, у которых это время срабатывания может достигать единиц микросекунд). Кроме высокой скорости срабатывания ОПН обладает еще рядом преимуществ. Одним из них является стабильность характеристики варисторов после неоднократного срабатывания вплоть до окончания указанного времени эксплуатации, что, кроме прочего, устраняет необходимость в эксплуатационном обслуживании.

Измерительные трансформаторы

Необходимость измерения тока и напряжения

Электроэнергетика является одной из наиболее автоматизированных отраслей народного хозяйства. Это связано со сложностью и скоротечностью процессов в электрических сетях, а также с тем, что процессы производства, транспортировки и потребления электроэнергии протекают одновременно. С другой стороны электроэнергетические объекты, в том числе электростанции, представляют потенциальную опасность для человека и окружающей среды в связи с высокой энергоемкостью. Автоматизированное управление невозможно без релейной защиты и автоматики (РЗА).

Все элементы электроэнергетической системы рассчитаны на некоторый предельный режим работы, но ни одна электроустановка не обладает абсолютной надежностью. С большей или меньшей вероятностью она может быть повреждена, причем большинство повреждений сопровождается возникновением короткого замыкания (КЗ). Режим КЗ опасен для энергосистемы: устойчивая работа энергосистемы может быть нарушена, из-за существенного искажения параметров режима энергосистемы потребители электроэнергии теряют электропитание, длительное существование токов КЗ разрушает повредившийся элемент энергосистемы до неремонтопригодного состояния.

Релейная защита и автоматика предназначена для выявления поврежденного элемента и быстрого его отключения от энергосистемы. Кроме того, устройства релейной защиты и автоматики должны предупреждать повреждение элемента энергосистемы в случае возникновения ненормального и опасного для него режима работы, сигнализируя о таком режиме оперативному персоналу.

Перечислим основные требования, предъявляемые к устройствам релейной защиты.

Селективность – способность РЗА выявить и отключить именно поврежденный элемент энергосистемы, сохранив в работе остальные элементы. Требование селективности тесно связано с надёжностью электроснабжения.

Быстродействие – способность РЗА в кратчайший промежуток времени выявить и отключить поврежденный элемент энергосистемы.

Чувствительность – способность РЗА реагировать на любые, в том числе минимальные токи короткого замыкания.

Надежность – отсутствие отказов или ложных срабатываний РЗА. С требованием надёжности тесно связано требование резервирования действия релейной защиты.

Устройства РЗА реагируют на значения электрических параметров режима защищаемого объекта (ток, напряжение, направление мощности, сопротивление, частота и др.), а также неэлектрических параметров (температура, давление, освещенность, положение в пространстве). Информацию об этих параметрах РЗА получает от первичных датчиков или первичных преобразователей. Основное назначение первичных преобразователей – масштабировать с определённым коэффициентом измерительный сигнал в величину, удобную для дальнейшей обработки релейной защитой и автоматикой и безопасную для обслуживающего персонала. Наиболее распространёнными первичными преобразователями электрических величин являются измерительные трансформаторы тока и напряжения.

Второе назначение измерительных трансформаторов – подавать масштабированные электрические величины на приборы технического и коммерческого учёта, в том числе – на измерительные приборы, находящиеся на щите управления электростанции, для обеспечения дежурного персонала необходимой текущей информацией. При этом электроизмерительные приборы оказываются изолированными от цепей высокого напряжения, что обеспечивает безопасность работы обслуживающего персонала. Кроме того, измерительные трансформаторы дают возможность расширять пределы измерения приборов, т.е. измерять большие токи и напряжения с помощью сравнительно несложных приборов, рассчитанных для измерения малых токов и напряжений.