Для попередження пошкодження будь-якої ізоляційної конструкції паралельно їй включають іскровий проміжок. вольт-секундна (характеристика якого повинна лежати нижче вольт-секундної характеристики захищається ізоляції. При дотриманні цієї умови падіння хвилі перенапруги викличе у всіх випадках пробою іскрового проміжку з подальшим різким падінням ( «зрізом») напруги на іскровий проміжок і захищається ізоляції. Слідом за імпульсним струмом через іскровий проміжок почне протікати струм, обумовлений напругою промислової частоти електроустановки, - супроводжуючий струм.
В установках з заземленою нейтраллю або при пробої іскрового проміжку в двох-трьох фазах дуга супроводжуючого струму самостійно може і не згаснути, і імпульсний пробою в цьому випадку перейде в стійке коротке замикання, що призведе до відключення установки. Тому, щоб уникнути такого відключення установки, необхідно забезпечити гасіння дуги супроводжуючого струму через іскровий проміжок.
Пристрої, які забезпечують не тільки захист ізоляції від перенапруг, а й гасіння дуги супроводжуючого струму протягом часу, меншого, ніж час дії релейного захисту, називають захисними разрядниками на відміну від звичайних іскрових проміжків, які прийнято називати захисними проміжками (ПЗ).
Трубчасті розрядники разом з вентильними є основними типами розрядників. Вони відрізняються принципом гасіння дуги супроводжуючого струму. У трубчастих розрядниках гасіння дуги здійснюється за рахунок створення інтенсивного поздовжнього дуття, а в вентильних дуга гасне завдяки зменшенню супроводжуючого струму за допомогою додаткового опору, включеного послідовно з іскровим проміжком.
Трубчастий розрядник (рис. 1, а) являє трубку 2 з ізолюючого газогснерірующего матеріалу, всередині якої є дугогасящий нерегульований проміжок S1, утворений стрижневим електродом 3 і фланцем 4. Разрядник відділяється від робочої напруги зовнішнім іскровим проміжком так як трубка 2 не розрахована на тривале перебування під напругою через розкладання газогенеруючого матеріалу під дією струмів витоку. Другий фланець 1 розрядника заземлюється.
Мал. 1. Трубчастий розрядник: а - пристрій і схема включення, б - умовне позначення на схемах, в - напруга на розряднику, г-схема заміщення.
При перенапруженні в мережі (рис. 1, в) обидва іскрових проміжку пробиваються і хвиля перенапруг (крива 1) зрізається. По дорозі, створеному імпульсним розрядом, починає протікати супроводжуючий струм, і іскровий розряд переходить в дугового. Під дією високої температури каналу дуги супроводжуючого струму матеріал трубки розкладається з виділенням великої кількості газів, тиск в ній різко зростає (до десятків атмосфер) і гази з силою вириваються через отвір фланця 4, створюючи інтенсивне поздовжнє дуття. В результаті дуга гасне при першому ж проходженні струму через нуль.
При спрацьовуванні розрядника з нього викидаються розпечені іонізовані гази у вигляді факела 5 довжиною 1,5 - 3,5 м і шириною 1 - 2,5 м (в залежності від номінальної напруги розрядника) і лунає звук, що нагадує постріл. Тому для попередження междуфазовая замикань при монтажі розрядників потрібно стежити, щоб в зону вихлопу не були струмопровідні частини сусідніх фаз. Напруга спрацьовування розрядників можна регулювати, змінюючи відстань зовнішнього іскрового проміжку але їх не можна знижувати нижче певного мінімуму, так як це викликає занадто часті спрацьовування розрядників і їх підвищений знос.
Так як електричне поле стрижневих електродів трубчастого розрядника резконеоднородно, то його вольт-секундна характеристика має падаючий характер на ділянці до 6 - 8 мкс, що погано узгоджується з пологими вольт-секундними характеристиками трансформаторів і електричних машин. Для успішного гасіння дуги необхідна певна інтенсивність газоутворення, тому існує нижня межа відключаються струмів, при якому розрядник ще може погасити дугу протягом 1 - 2 полупериодов.
Верхня межа відключаються струмів також обмежується, так як занадто інтенсивне газоутворення може привести до руйнування розрядника (розриву трубки або зриву фланців).
Діапазон відключаються струмів вказується у позначенні типу розрядника, наприклад РТВ 35 / (0,5 - 2,5) означає трубчастий розрядник 0,5 - 2,5 вініпластовие на 35 кВ з межами відключаються струмів 0,5 - 2,5 кА.
При зменшенні довжини дугогасного проміжку і збільшенні його діаметра обидва межі відключаються струмів розрядника зміщуються в бік більших значень.
Так як робота розрядника супроводжується вигоранням частини матеріалу дугогасящей трубки, то після 8 - 10 спрацьовувань, коли діаметр зростає на 20 - 25% в порівнянні з початковим, розрядник стає непридатним (так як змінюються межі відключаються їм струмів) і підлягає заміні.
Для обліку числа спрацьовувань трубчасті розрядники забезпечуються покажчиком спрацьовування у вигляді металевої стрічки 6 (див. Рис. 1, а), розгинати викидаються разрядником газами. В даний час промисловістю випускаються трубчасті розрядники типу РТФ. в яких газ генерується фібрової трубкою, і типу РТВ з трубкою з вініпласту.
Внаслідок малої механічної міцності фібри вона полягає в товсту трубку з бакелізірованой паперу, яка для зменшення її гігроскопічності покривається вологостійким лаком (зазвичай перхлорвиниловой емаллю), добре витримує атмосферні дії літнього і зимового періодів. Особливістю розрядників типу РТФ є наявність камери у закритого кінця трубки, яка підсилює поздовжнє дуття при проходженні струму через нульове значення і сприяє тим самим гасіння дуги.
У розрядниках РТВ газ генерується трубкою з вініпласту, який має більш високу газогенеруючої здатністю і ізолюючими властивостями, добре зберігаються навіть при роботі на відкритому повітрі при будь-якій погоді. Розрядники РТВ мають більш просту конструкцію (у них немає внутрішньої камери, не вимагають лакування) і більш високі верхні межі відключаються струмів (15 кА замість 7-10 кА для розрядників РТФ).
Мал. 2. Трубчастий розрядник РТВ-20-2 / 10
Для роботи в мережах з дуже великими відключаються струмами (до 30 кА) випускаються посилені розрядники типу РТВУ, підвищена механічна міцність яких досягається шляхом обмотки винипластовой трубки шарами стеклоленти, просоченої атмосферостійким епоксидним компаундом.
Імпульсна пропускна здатність трубчастих розрядників, які пропускають через себе практично весь струм блискавки при ударі її в лінію, досить висока і становить 30-70 кА.
Вибір трубчастих розрядників проводиться по номінальній напрузі мережі і меж струмів короткого замикання мережі в точці їх установки. Максимальний струм к. З. розраховують за умови включення всіх елементів мережі (лінії, трансформатори, генератори) з урахуванням аперіодичної складової струму к. з. мінімальний струм - при схемі мережі з частково вимкненими елементами (наприклад, для капітального ремонту) і без урахування аперіодичної складової. Знайдені межі струму к. З. повинні укладатися в межі відключаються струмів трубчастого розрядника.
Трубчасті розрядники випускаються на напруги від 3 до 220 кВ, відключаються струми лежать в межах від 0,2 - 7 і 1,5 - 30 кА при напрузі 3 - 35 кВ до 0,4 - 7 і 2,2 - 30 кА при напрузі 110 кВ. Розрядник на 220 кВ складається з двох трубчастих розрядників на 110 кВ, з'єднаних між собою сталевий обоймою з вихлопними патрубками.
Основними недоліками трубчастих розрядників є наявність зони вихлопу, крутий зріз хвилі перенапруги, замикання (хоча і короткочасне) ліній на землю і особливо крута вольт-секундна характеристика, що виключає можливість широкого застосування трубчастих розрядників в якості апарату захисту підстанції до обладнання. Недоліком трубчастих розрядників є також наявність граничних відключаються струмів, що ускладнює їх виробництво і експлуатацію.
Завдяки своїй простоті і низькій вартості трубчасті розрядники широко застосовуються в якості допоміжних засобів захисту підстанцій, для захисту малопотужних і маловідповідальних підстанцій, а також окремих ділянок ліній.
В даний час трубчасті і вентильні розрядники поступово замінюють на нелінійні обмежувачі напруги (ОПН). Вони являють собою послідовно з'єднані металооксидних варистори (нелінійні резистори) без іскрових проміжків, укладені в фарфоровий або полімерний корпус.