Разрядники

Разрядники, устройства для измерительных или защитных целей, проводимость которых резко меняется, когда разность потенциалов на их зажимах достигает некоторой определенной величины. В зависимости от назначения Р. могут быть разделены на две основные группы: на измерительные и защитные.

Измерительные Р. представляют собой устройства, состоящие из двух изолированных друг от друга разрядных электродов той или иной формы (острия, шары), расстояние между к-рыми м. б. регулировано по желанию. Разность потенциалов между разрядными электродами, при которой происходит электрич. разряд, сопровождающийся изменением сопротивления разрядного промежутка от практически бесконечно больших значений до очень малых (порядка 1 Ω и ниже), зависит от расстояния между разрядными электродами; по величине этого расстояния можно судить о приложенном в момент разряда напряжении. Разрядное напряжение зави ит и от плотности и состава газа, в к-ром происходит разряд, поэтому при пользовании такими устройствами для измерительных целей приходится вводить поправку на плотность, t°, влажность газа и его состав. В настоящее время для измерительных целей пользуются почти исключительно Р. в виде шаров, диаметр которых берется тем бблыним, чем большие разности потенциалов подлежат измерению. Размеры шаров стандартизованы, причем обычно пользуются америк. стандартами с диам. 6,25, 12,5, 25, 50, 100 и 200 см. При точных измерениях расстояние между шарами не должно превосходить их диаметра более чем в Р/₂ раза, особенно в том случае, если один из электродов соединен с землей (фигура 1). Для определения напряжения по измеренному между электродами расстоянию обычно пользуются соответственными таблицами. Последовательно с Р. включают омич, сопротивление с таким расчетом, чтобы на каждый измеряемый V приходилось около 1 Ω. Такой способ измерения напряжений является одним из наиболее распространенных благодаря своей простоте и большой достигаемой точности. При измерении очень высоких напряжений порядка 100 kV и больше такой способ измерения является почти исключительна применимым в технике. Применявшиеся ранее Р. с игольчатыми электродами в настоящее время вышли из употребления ввидугл. обр. явления запаздывания разряда, то есть зависимости разрядного напряжения от длительности приложения измеряемого напряжения к электродам разрядника (зависимость от частоты, крутизны импульсного напряжения и т. д.)· Под защитными Р. понимаются устройства, позволяющие понижать напряжение на линии либо на той установке, к которой они присоединены за.счет отвода части энергии в цепь самого Р. после его пробоя (разряда через него). Р. являются наиболее старым типом защитных устройств и наиболее распространенным для защиты установок низкого и среднего напряжения. Для установок же высокого напряжения в настоящее время получили распространение особые типы устройств, являющиеся производными обычных Р., краткое описание которых дано ниже. Особого типа Р. применяются также для защиты телеграфных, телефонных и сигнализационных линий и установок.

Наиболее простым видом защитных Р. являются т. н. роговые Р. (фигура 2), представляющие собой два искривленных в виде рогов электрода, расстояние между которыми различно. Один из электродов соединяют с защищаемой установкой или линией, а второй присоединяют к земле либо непосредственно либо через безин-дукционное сопротивление.

Когда напряжение на присоединенном к установке или линии электроде повысится по отношению к земле настолько, что произойдет разряд, тогда через Р. пойдет ток, в результате чего на той части установки, которая присоединена к Р., будет иметь место понижение потенциала. В виду малого сопротивления разрядного промежутка в момент прохождения через него тока для ограничения величины этого тока, уменьшения возникающих в системе в момент замыкания Р. на землю колебаний и облегчения прекращения разряда через Р. после исчезновения избытка напряжения против нормального рабочего, часто последовательно с Р. включают омическое сопротивление. Наличие такого сопротивления, особенно когда оно значительно по величине, уменьшает защитное действие разрядника, поэтому кроме вышеуказанных простых Р. с присоединенным к ним постоянным по величине сопротивлением иногда применяются Р. с переменным сопротивлением, автоматически вводимым в цепь Р. спустя очень короткий промежуток времени после начала разряда. Автоматизм достигается либо при помощи реле либо при помощи подразделения рогов на отдельные изолированные друг от друга секции, причем между отдельными секциями включены сопротивления. Разряд, начавшийся в нижней части Р., где расстояние между электродами наименьшее, под влиянием естественного движения струи воздуха или искусственного дутья (электромагнитного) передвигается затем наверх и, проходя над отдельными сегментами, автоматически вводит в цепь включенные между ними сопротивления.

Другой тип Р., сильно распространенный раньше, а в настоящее время сохранившийся гл. обр. для защиты некоторых установок слабого тока,—это так называемым роликовые Р.; в этом типе разрядными электродами служат ролики из особого сплава, при котором образование дугового разряда затруднено. Расстояние между роликами берется небольшое, порядка миллиметров. При защите такими Р. установок высокого напряжения (наир, кабельных сетей) вместо двух роликовых электродов берут количество их тем большее, чем выше

рабочее напряжение защищаемой установки, располагая ролики последовательно друг относительно друга, в некоторых случаях с сопротивлениями, включенными последовательно или же в виде ответвлений (шунтов), как показано на фигуре 3. Видоизменением этого типа Р. является конструкция америк. Р. с разрядом между плоскими поверхностями, разделенными друг от друга очень небольшими воздушными промежутками (0,01 миллиметров). Разрядное напряжение каждого из этих промежутков составляет около 350 V. При таком напряжении в промежутке появляется тихий разряд, причем сила тока, проходящая через такой промежуток, очень быстро возрастает с повышением приложенного напряжения. Для защиты такими Р. установок высокого напряжения число таких последовательно включенных промежутков берется очень большим, доходя в некоторых случаях до 200 и выше. Дальнейшим видоизменением этого типа являются Р. из пористого материала, обладающего значительной проводимостью. Из такого материала изготовляются диски с омедненными поверхностями для получения хорошего контакта между отдельными элементами при их последовательном включении. Каждый элемент Р. изготовляется на 3 kV. Стопки таких элементов помещаются в общем фарфоровом кожухе. Р., сконструированный т. о. в виде одной или нескольких последовательно включенных стопок, присоединяется к .защищаемой установке через искровой промешуток.^При прохождении тока через пористое тело Р. разность потенциалов на концах пор может повышаться настолько, что заключенный в порах газ начнет ионизироваться и тем самым уменьшать общее сопротивление цепи, вследствие чего повысится сила тока, проходящая через Р. После исчезновения перенапряжения сила тока, проходящего через Р., падает, ионизационные явления прекращаются, сопротивление Р. возрастает еще более и, при малой силе тока, последовательно включенный разрядник производит размыкание цепи в момент перехода тока через нуль.

Другой тип Р., близкий по своим характеристикам к только что описанному,— это т. н. тиритовый Р.

Этот Р. изготовляется из особого вещества — т и р и т а, представляющего собой твердое вещество, аналогичное фарфору, сопротивление которого является функцией приложенного к нему напряжения, изменяясь в очень широких пределах, от очень большого при малых напряжениях (материал со свойствами изолятора) и до очень малого (проводник) при высоких разностях потенциала. Изготовленные из" этого материала диски покрыты с обеих сторон слоем меди аналогично тому, как это имеет место в предыдущем типе Р. Стопки из таких дисков заключены в фарфоровые кожухи, давая стандартную единицу на 11,5 kV рабочего напряжения. Из такого рода единиц, включенных последовательно, в настоящее время составляются Р.для цепей с любым рабочим напряжением до 230 kY включительно. Аналогично ранее рассмотренным типам, последовательно с такого рода разрядными сопротивлениями включается искровой Р., но типа многократного—с многими искровыми промежутками и с шунтирующими промежутки сопротивлениями.

Необходимо указать еще на два типа разрядников: электролитические (алюминиевые) и свинцовые, по своей идее несколько отличающиеся от ранее описанных. Первые из них состоят из последовательно включенных алюминиевых поверхностей А (в виде конических тарелок), отделенных друг от друга слоем щелочного электролита Е (фигура 4). Когда через такую систему проходит ток, то на поверхности алюминиевых тарелок отлагается тонкий слой окиси алюминия, обладающий свойством непроводника вплоть до напряжений ок. 450 V. При дальнейшем повышении напряжения этот слой при нек-ром критич. значении напряжения пробивается и ток свободно проходит через электролит, причем при падении напряжения ниже критического непрерывность изолирующей пленки окиси восстанавливается и прохождение тока прекращается. С течением времени эта пленка растворяется в электролите, поэтому необходимо ее восстанавливать от времени до времени пропусканием тока через все устройство. Так как такая

Фигура 3.

система обладает некоторой проводимостью и при напряжениях ниже критического, то чтобы предохранить электролит от нагрева, который бы вызвал еще более сильное растворение окиси алюминия в электролите, что в конечном итоге > привело бы к порче всего устройства, последовательно с последним включают систему из Р. шарового и рогового. В настоящее время электролитические Р. почти всюду вытеснены другими типами. Близким по идее описанному является свинцовый Р. Устроен он следующим образом: между дисками из оцинкованного железа, отделенными друг от друга фарфоровыми кольцами, помещается запрее-

I сованный порошок πει рекиси свинца, причем поверхности дисков,соприкасающиеся с пере-I кисыо свинца, покрыты тонким слоем лака с пробойным напряжением около 300 V. Такая система при приложении напряжения i будет иметь свойства :непроводника до тех пор, пока напряжение, приходящееся на каждый элемент, не будет превосходить пробивного. В том случае, когда напряжение превосходит эту величину, слои лака будут пробиты и через места пробоев будет проходить ток, который вызывает в местах пробоя лаковой пленки наибольшее нагревание перекиси свинца. Будучи нагретой до 150°, перекись свинца переходит в сурик, а при нагреве до 250°—в глет. В то время как перекись свинца является хорошим проводником, сурик сравнительно плохо, а глет совершенно не проводит электрического тока. Под действием местного нагрева происходит раскисление свинца и в результате— изменение проводимости вещества в местах нагрева о закупоркой для тока отверстий в слое лака. Стопки из таких отдельных элементов монтируются в фарфоровых кожухах и приключаются к защищаемой цепи аналогично ранее указанным типам через искровые Р.

Разрядники, применяемые для защиты установок слабого тока, группируются вокруг двух основных типов: Р. с искровым промежутком и Р. пустотных, или газовых. Первый тип обычно представляет собой две угольных пластины, отделенные друг от друга тонким слоем слюды е отверстиями; в промежутке между пластинами происходит разряд в том случае, когда разность потенциалов превзойдет определенную величину, обычно около 300 V. Иногда одна из угольных пластин заменяется пластиной из легкоплавкого металла с целью получения плавления его и создания короткого замыкания в цепи при наличии сильных разрядов. В тех случаях когда возможно появление значительных перенапряжений большой мощности, например в случае параллельного хода линий слабого и линий сильного тока, в особенности мощных линий электропередач, необходимо пользоваться особыми типами Р., отличающихся от нормально применяемых для защиты линий слабого тока тем, что эти разрядники позволяют пропускать через себя значительные токи (новейшие типы до 100 А и даже выше) в течение нескольких секунд. У этого типа разрядные электроды помещены в разреженном до нескольких миллиметров Hg газе, обычно аргоне, причем для придания характеристике разрядника (выражающей зависимость силы тока от разности потенциалов на зажимах Р.) требуемого эксплоа-тадионными условиями вида металлические электроды покрываются сплавами щелочных или щелочноземельных металлов.

Лит.: Смуров А. А., Электротехника высокого напряжения и передача энергии, 2 изд., Л., 1931; Сироти некий Л. И., Перенапряжение, М., 1924; Эпштейн Г. Л., Перенапряжение на электрических установках, Киев, 1927; Р о т А., Техника высоких напряжений, пер. с нем., М.—Л., 1930; Юрьев М. 10., Влияние высоковольтных линий на линии связи, Москва, 1929; СЭТ, Справочная книга для электротехников, т. 3, отд. 19, Ленинград, 1928 (там же подробный список литературы)". А. Чврнышьв.