Искровые разрядники

Искровые разрядники перекрывают наибольший диапазон на­пряжений срабатывания. Они защищают как электроэнергети­ческие системы при прямых ударах молний (напряжение сраба­тывания вплоть до мегавольтового диапазона), так и телекомму­никационные сети (напряжение срабатывания больше 80 В). По сравнению с варисторами и лавинными диодами искровые раз­рядники отличаются ярко выраженными коммутационными свойствами (рис. 4.20).

Рис. 4.20. Схематическое сравнение характеристик искровых разрядников (а) и варисторов (б).

При динамической нагрузке напряжение на искровом промежутке становится сначала значительно выше статического напряжения пробоя (измеряемого при скорости уве­личения напряжения 100 В/с). Спустя определенное статисти­ческое время, разрядник пробивается, в результате чего его со противление уменьшается приблизительно в десятки раз, а на­пряжение падает сначала до напряжения тлеющего разряда (70— 130 В), а затем при достаточно малом внутреннем сопротивлении источника тока до напряжения дуги U < 20—25 В (в основном это — падение напряжения в прианодной и прикатодной облас­тях). Разница между напряжением тлеющего разряда и напряже­нием горения дуги на рис. 4.20 не показана.

Можно отметить два недостатка разрядников по сравнению с ограничителями перенапряжений. С одной стороны, при боль­шой крутизне напряжение перед срабатыванием может на корот­кое время принимать очень большие значения, которые в неко­торых случаях недопустимы для защищаемого объекта, с другой стороны, напряжение горения разрядника мало, так что в цепях постоянного тока разрядник после прохождения переходного пе­ренапряжения при определенных обстоятельствах не гасится. В низкоомных сетях рабочее напряжение при этом вызывает через разрядник сопровождающий ток, который его термически разрушает. Первая проблема разрешается путем выбора разрядника с нужной вольт-секундной характеристикой (насколько это воз­можно), либо ступенчатой грубой или тонкой защитой. Вторая проблема разрешается путем последовательного включения к разряднику варистора.

Вольт-секундная характеристика искрового разрядника опи­сывает динамический режим срабатывания при воздействии им­пульсными напряжениями возрастающей крутизны. Она опреде­ляется производителем для каждого типа искрового разрядника (рис. 4.21,а). Указанным выше недостаткам противостоят замет­ные преимущества разрядников, заключающиеся в высокой до­пустимой токовой нагрузке и малом активном сопротивлении после срабатывания, незначительной емкости электродной сис­темы. Сопротивление изоляции искровых разрядников выше 10¹⁰ Ом, а их емкость менее 10 пФ. Заполненные инертным газом разрядники образуют основу защити от перенапряжений в сетях связи, высокое внутреннее сопротивление и низкое рабо­чее напряжение которых не допускает возникновения сопровож­дающего тока, так как напряжение горения дуги более 60 В. В низкоомных сетях и при повышенных рабочих напряжениях за­полненные инертным газом разрядники находят широкое при­менение в гибридных схемах. На рис. 4.22 показан разрядник с инертным газом. В зависимости от требований к статическому и динамическому режимам срабатывания газ, элек­троды и соответствующие устройства ускорения зажигания могут быть изготовлены радиоактивными.