5-19. Предохранительные клапаны
При появлении в линии сверхтоков защитные устройства разрывают цепь, ликвидируют ток, превысивший нормальный. Этой цели служат и плавкие предохранители, и выключатели, получающие команду от реле. Другой вид нарушений нормального режима — это появление в линии перенапряжений. Чтобы защитить от перенапряжений трансформаторы и 'приборы, надо не разрывать цепь, а, наоборот, дать возможность стечь, нейтрализоваться избыточным электрическим зарядам. Перенапряжения возникают из-за наличия атмосферного электричества — это грозовые перенапряжения. Случаются перенапряжения из-за резких обрывов токов в линиях, их называют коммутационными. Какова бы ни была причина возникновения перенапряжений, для защиты от них применяются разрядники. Назначение разрядников — быть самым слабым звеном изоляции в электрической цепи. Разрядник должен пробиваться еще до того, как напряжение достигнет величины, опасной для остальных приборов и аппаратов.
Разрядник в электрической цепи — это как предохранительный клапан на паровом котле. Предохранительный клапан должен открываться и выпустить излишний пар, прежде чем давление пара достигнет такой величины, что сможет разорвать котел или трубы. Когда же давление в котле упадет, то предохранительный клапан вновь захлопывается. Так и разрядник. Пропустив через себя волну перенапряжения, он должен затем преградить путь рабочему току. Но это не такая простая задача — преградить путь большому току, хлынувшему в канал, пробитый в изоляции волной перенапряжения. В мощных высоковольтных сетях прервать сверхток так же трудно, как преградить дорогу струе чугуна из летки доменной печи на полном ходу.
Простейшие разрядники — это искровые промежутки в виде колец или стержней (рогов) (рис. 5-20), устанавливаемых на гирляндах или опорных изоляторах. Дуга, возникающая между кольцами или рогами, раздувается и растягивается потоками воздуха. При низких напряжениях в линии она может погаснуть сама собой, но при высоких напряжениях пробой искрового промежутка ведет к короткому замыканию линии. Срабатывают токовые реле, и линия выключается. Случается, на рога садятся птицы, и тогда пробой в разряднике может возникнуть даже при отсутствии перенапряжений. В одной энергосистеме были даже предложены специальные искровые промежутки, которые снижали вероятность таких «птичьих» аварий. Рога загибали при таким углом, чтобы птицам неудобно было на них садиться.
Рис. 5-20. Роговой разрядник.
Дуга возникает в нижней части разрядника, где электроды наиболее сближены. Под действием электродинамических усилий и потоков раскаленных газов дуга поднимается вверх, растягивается и гаснет.
Надежно работают при самых высоких напряжениях трубчатые разрядники, разрядники со стреляющими предохранителями, вилитовые разрядники (рис. 5-21). В последних за искровым промежутком включены сопротивления, сделанные из смеси карборунда, глины и графита. В обожженном виде этот материал называется вилитом. Он имеет малое сопротивление при высоких напряжениях и поэтому свободно пропускает волну перенапряжения. Но при малых напряжениях сопротивление вилита возрастает, и после ухода перенапряжения он прерывает дугу рабочего тока.
Рис. 5-21. Разрядник с нелинейным сопротивлением для защиты электрических линий и аппаратов от перенапряжений.
В нижней части разрядника находится стопка дисков из керамического материала. Электросопротивление этого материала резко падает с увеличением силы проходящего через него тока.
Вверху находится искровой промежуток.
Разрядник должен пробиваться при меньшем напряжении, нежели все остальные элементы защищаемой им цепи. Но не всегда цепь рвется по самому слабому звену. Подвесьте деревянную палку на двух полосках папиросной бумаги. Если плавно нажать на середину палки, то разорвется прежде всего бумага, а палка останется целой. Но если резко ударить по палке, то можно ее сломать, а папиросные бумажки останутся неповрежденными — усилие от удара не успеет дойти до них.
Если разрядник стоит далеко от трансформатора, который подлежит защите, то волна перенапряжения может ударить в трансформатор раньше, чем в разрядник. Перенапряжение может успеть пробить изоляцию трансформатора до того, как разрядник сработает.
Расстановка разрядников в разветвленной сети должна быть тщательно продумана. Кроме того, и сами трансформаторы стараются выполнить так, чтобы волны напряжения равномерно распределялись по всей их изоляции, не сосредоточивались бы на отдельных участках обмоток.
5-20. АПВ
Ударит молния в линию передачи и пробьет в воздухе огненный канал между проводом и землей или между двумя проводами. Ток молнии прекратится, но по каналу из раскаленных газов хлынет ток, поддерживаемый рабочим напряжением линии. Это — авария, короткое замыкание. Выключатели с двух концов отсоединяют аварийную закороченную линию. Но как только ток в канале из раскаленных газов прекратится, так сам канал этот исчезает. Теплоемкость газа невелика, раскаленные частицы остывают в немногие доли секунды, и вот уже линия снова здорова и готова к работе.
Воздух — это такой замечательный изоляционный материал, что сколько его ни пробивай искрой, сколько его ни жги дугой, он опять восстанавливается. Прекратился разряд на долю секунды — и воздух снова цел, снова он — отличная изоляция. Многие короткие замыкания, которые регистрируются защитными реле дальних линий передач, являются такими легко ликвидируемыми к. з.
Поэтому выключатели дальних линий передачи обычно снабжаются автоматическими устройствами, которые после выключения сразу же вновь включают* линию.
Статистика показывает, что после большинства аварийных отключений линии вновь нормально работают при включении. Ну, а если авария более серьезная — скажем, изолятор пробился или провод оборвался, — то после пробного включения выключатель вновь отключает линию.
Эти-то устройства, которые, не дожидаясь команды диспетчера, сами включают линию, и называются «автоматическое повторное включение», или сокращенно АПВ.
Инженеры Уралэнерго, Гогрэс, Ленэнерго, Киевэнерго, Оргрэс и других организаций много поработали, чтобы усовершенствовать схемы АПВ, увеличить надежность их работы. Ценные улучшения предложены коллективом, который работал под руководством И. А. Сыромятникова. Они разработали систему пофазного включения линий передачи.
