Мультикамерные разрядники.

Мультикамерные разрядники (РМК), разработанные ОАО «НПО Стример». Основным элементом мультикамерных разрядников является мультикамерная система (МКС). Она состоит из большого числа электродов, вмонтированных в профиль из силиконовой резины. Между электродами выполнены отверстия, выходящие наружу профиля. Эти отверстия образуют миниатюрные газоразрядные камеры. При воздействии на разрядник импульса грозового перенапряжения пробиваются промежутки между электродами. Благодаря тому, что разряды между промежуточными электродами происходят внутри камер, объёмы которых весьма малы, при расширении канала создаётся высокое давление, под действием которого каналы искровых разрядов между электродами перемещается к поверхности изоляционного тела и далее - выдуваются наружу в окружающий разрядник воздух. Вследствие возникающего дутья и удлинения каналов между электродами каналы разрядов охлаждаются, суммарное сопротивление всех каналов увеличивается, т.е. общее сопротивление разрядника возрастает, и происходит ограничение импульсного тока грозового перенапряжения.

Рис. 23. Мультикамерная система (МКС): а) начальный момент развития разрядов; б) завершающий момент развития разрядов; 1 – профиль из силиконовой резины; 2 – промежуточные электроды; 3 – дугогасящая камера; 4 – канал разряда.

Мульти-камерные разрядники рмк-10-20 кВ.

Основными элементами РМК 10-20 кВ являются: мультикамерная система (МКС), несущий стеклопластиковый стержень и узел крепления разрядника к стержню изолятора. При воздействии грозового перенапряжения сначала пробивается искровой воздушный промежуток, а затем – МКС разрядника.

На рис.24 приведён разрядник РМК-10-И, содержащий 20 газоразрядных камер, предназначенный для защиты ВЛ 10 кВ от индуктированных перенапряжений. Разрядник устанавливается на металлический стержень изолятора с искровым воздушным промежутком S=3-6 см между верхним концом разрядника и проводом. Для защиты ВЛ от индуктированных перенапряжений разрядники устанавливаются по одному на опору с чередованием фаз (рис.25). При этом токи промышленной частоты, сопровождающие многофазные замыкания, вызванные грозовыми перенапряжениями, протекают по контурам, включающим в себя сопротивления заземления опор. Эффективность гашения сопровождающих токов тем выше, чем меньше они по величине, а наличие сопротивлений заземления опор в контуре замыкания благоприятным образом влияет на снижение величины сопровождающих токов.

Рис. 24. Разрядник РМК-10-И для защиты ВЛ 10 кВ от индуктированных перенапряжений.

Рис. 25. Схема установки разрядников при защите от индуктированных перенапряжений

Мультикамерная система этого разрядника состоит из 40 газоразрядных камер (рис. 26). Он может быть использован для защиты ВЛ 10 кВ от прямых ударов молнии (РМК-10-П) и для защиты ВЛ 20 кВ от индуктированных перенапряжений (РМК-20И).

Рис. 26. РМК для защиты ВЛ 10 кВ от прямых ударов молнии (РМК-10-П) и для защиты ВЛ 20 кВ от индуктированных перенапряжений (РМК-20И).

На рис. 27. приведен разрядник РМК-20-П, содержащий 120 разрядных камер и предназначенный для защиты ВЛ на 20 кВ от прямого удара молнии. От индуктированных перенапряжений разрядники устанавливаются по одному на опору с чередованием фаз. Для защиты от ПУМ необходимо устанавливать разрядники на все фазы на каждую опору (рис. 28).

Рис. 27. Разрядник РМК-20-П для защиты ВЛ на 20 кВ от прямого удара молнии

Рис. 28.Схема установки разрядников при защите от прямых ударов молнии РМК-20-П.

В состав РМК-35 входит МКС (из 300 разрядных камер), несущий элемент, на котором она закреплена, и полимерный изолятор с разрядными стержнями, обеспечивающие искровой воздушный промежуток (рис.29). При воздействии перенапряжения на провод ВЛ, сначала срабатывает воздушный промежуток между разрядными стержнями, установленными на полимерном изоляторе, а затем – МКС.

Рис. 29. РМК-35 кВ на промежуточной опоре: 1 – опора; 2 – изолятор; 3 – провод ВЛ; 4 – МКС; 5 – несущий элемент; 6 – полимерный изолятор; 7 – разрядные стержни.

Несущий элемент 5 выполнен в виде отрезка кабеля из полиэтилена со стеклопластиковым сердечником и металлическими оконцевателями. Наружный диаметр кабеля 50 мм. Кабель имеет два слоя: толстый слой из изоляционного полиэтилена и наружный слой, толщиной 2 мм, из светостабилизированного трекингостойкого полиэтилена. Стеклопластиковый стержень диаметром 8 мм запрессован в оконцеватели. Благодаря этому обеспечивается высокая механическая прочность разрядника. МКС устанавливается на несущий элемент по спирали. На рис. 31 приведена фотография промышленной ВЛ 35 кВ в «Камышинских электрических сетях» ОАО-Волгоградэнерго- с РМК, установленными на крайних фазах. Основные технические характеристики РМК на 10-35 кВ приведены в табл. 6.

Таблица 6. Технические характеристики разрядников

Класс напряжения, кВ	10	10-20	20	35
Тип разрядника РМК-	10∙И	10∙П, 20∙И	20∙П	35∙П
Число дугогасящих камер МКС	20	40	120	300
Импульсное 50 %-ное разрядное напряжение, не более, кВ на положительной полярности на отрицательной полярности	70 70	85 85	90 85	150 120
Число выдерживаемых импульсных воздействий при приложении импульсного напряжения 500 кВ и срабатывании разрядника, не менее	100	100	100	100
Выдерживаемое напряжение промышленной частоты, не менее, кВ в сухом состоянии под дождём	42 28	65 50	65 50	95 70
Многократно выдерживаемый (10 воздействий) импульсный ток 4/10 мкс, не менее, кА	100	100	100	100
Масса, кг	1	1,5	2	6
Срок службы, не менее, лет	30	30	30	30

Изолятор - разрядник мультикамерный (ИРМК)

ИРМК− является принципиально новым устройством, сочетающими в себе одновременно свойства и изолятора, и разрядника.

На рис. 32 показан изолятор–разрядник мультикамерный на основе штыревого изолятора SDI 37 - ИРМК-20-IV-УХЛ1. МКС установлена по периметру одного из рёбер изолятора. Она занимает примерно три четверти окружности ребра. К одному концу МКС подходит верхний подводящий электрод, закрепленный на изоляторе, а к другому – нижний электрод, закрепленный на штыре изолятора. Между подводящими электродами и концами МКС имеются искровые воздушные промежутки.

Рис. 32. Разрядник ИРМК-20-И на основе изолятора SDI 37 при лабораторных испытаниях

При воздействии перенапряжения на ИРМК сначала пробиваются искровые воздушные промежутки, а затем – МКС. Ток грозового перенапряжения протекает от верхнего подводящего электрода через искровой канал воздушного промежутка, затем - по МКС, и далее – также через канал разряда воздушного промежутка, к нижнему подводящему электроду. Аналогично выполняется ИРМК на наиболее распространенном в России изоляторе ШФ20Г. Основные технические характеристики разрядника приведены в таблице 7.

Таблица 7. Технические характеристики разрядника

Класс напряжения, кВ	20
Число дугогасящих камер  МКС	40
Импульсное 50 %-ное разрядное напряжение, не более, кВ на положительной полярности на отрицательной полярности	85 85
Число выдерживаемых импульсных воздействий при приложении импульсного напряжения 500 кВ и срабатывании разрядника, не менее	100
Число выдерживаемых импульсных воздействий при приложении импульсного напряжения с крутизной 2000 кВ/мкс и срабатывании разрядника, не менее	3
Выдерживаемое напряжение промышленной частоты, не менее, кВ в сухом состоянии под дождём	65 50
Многократно (10 воздействий) выдерживаемый импульсный ток 4/10 мкс, не менее, кА	100
Срок службы, не менее, лет	30

Основу изолятора-разрядника составляет массово выпускаемый стеклянный тарельчатый изолятор U120AD, на который специальным образом установлены мультикамерная система (МКС) и электроды (рис. 33). Такие дополнения не приводят к ухудшению изоляционных свойств изолятора, но благодаря им он приобретает свойства разрядника. МКС установлена по периметру ребра изолятора. Она занимает примерно пять шестых окружности ребра, оставшаяся часть которого занята профилем из силиконовой резины без электродов. От одного из концов МКС отходит верхний подводящий электрод, а от другого – нижний отводящий электрод.

Его применение позволяет защитить воздушные линии электропередачи напряжением 35-500 кВ от прямых ударов молнии и от индуктированных грозовых воздействий и их последствий.

При использовании ИРМК вместо стандартных изоляторов возможно обеспечить молниезащиту ВЛ любого класса напряжения, так как с увеличением класса напряжения увеличивается число изоляторов в гирлянде, и соответственно увеличивается номинальное напряжение и дугогасящая способность гирлянды из ИРМК.

Применение ИРМК на ВЛ позволяет отказаться от грозозащитного троса. При этом снижается высота, масса и стоимость опор, а также стоимость всей ВЛ в целом, но обеспечивается её надёжная молниезащита.

Рис. 33. Разрядники ИРМК-U120AD-IV-УХЛ1 и ИРМК-U120AD-II-УХЛ1

Рис. 34. Изолятор-разрядник ИРМК-U120AD: 1 – стеклянный изолятор U120 AD; 2 – мульти-камерная система; 3 – изоляционная часть резинового кольца; 4 – верхний электрод; 5 – нижний электрод; 6 – заводские метки

На рис. 34 показан общий вид изолятора-разрядника. МКС установлена по периметру ребра изолятора. Она занимает примерно пять шестых окружности ребра, оставшаяся часть которого занята профилем из силиконовой резины без электродов. К одному концу МКС подходит верхний подводящий электрод, установленный на шапке изолятора, а к другому - нижний электрод, закрепленный на пестике изолятора. Между подводящими электродами и концами МКС имеются искровые воздушные промежутки. При воздействии перенапряжения на ИРМК сначала пробиваются искровые воздушные промежутки, а затем - МКС. Ток грозового перенапряжения протекает от верхнего подводящего электрода через искровой канал воздушного промежутка, затем - по МКС, и далее - также через канал разряда воздушного промежутка, к нижнему подводящему электроду.

После срабатывания всех изоляторов-разрядников в гирлянде ток грозового воздействия отводится через опору в землю. Сопровождающий ток промышленной частоты отключается при переходе через ноль, и линия продолжает бесперебойную работу.

Таблица 8. Технические характеристики изолятора-разрядника мульти-камерного ИPMK-U120AD-IV-УХЛ1.

Минимальная механическая разрушающая нагрузка, кН	120
Длина пути утечки, мм	360
Внешний искровой промежуток, мм	10 + 10
Импульсное разрядное напряжение, не более, кВ	70
Выдерживаемое напряжение промышленной частоты: в сухом состоянии, не менее, кВ под дождем, не менее, кВ	60 50
Выдерживаемый импульсный ток, кА	100
Масса, кг	6,0
Нормативный срок службы, лет	30

Рис 35 Испытание грозовым импульсом гирлянды из трех изоляторов-разрядников на 35 кВ: 1- стеклянный изолятор U120 AD; 2- шапка; 3- пестик; 4- верхний подводящий электрод; 5- нижний подводящий электрод; 6- мульти-камерная система; 7- верхний искровой разрядный промежуток; 8- нижний искровой разрядный промежуток; 9- провод

С целью проверки работоспособности в реальных условиях и накопления опыта эксплуатации, техническим руководством ОАО «МРСК Юга» было принято решение об установке ИРМК-35 на ВЛ 35кВ в Волгоградской области. Данная линия проходит в районе с тяжелыми климатическими условиями: 40-60 грозовых часов в год и V-VII районах по толщине стенки гололеда.

При использовании ИРМК вместо стандартных изоляторов возможно обеспечить молниезащиту ВЛ любого класса напряжения, так как с увеличением класса напряжения увеличивается число изоляторов в гирлянде.

Вывод: В данной лабораторной работе познакомились с основными способами и защитными аппаратами, которые используются для защиты воздушных линий от грозовых перенапряжений.