Молния и разрядники: Основные различия в электрических системах

Молния — естественный процесс в грозовую погоду. Она не только создает яркий свет, но и обладает огромным потенциальным градиентом (10 кВ/см) и током 10–90 кА. Технически: «Электрический разряд между облаком и землей, между облаками или между зарядовыми центрами одного облака называется молнией».

Молния возникает, когда облака заряжаются до высокого потенциала относительно земли или соседнего облака, пробивая воздушную изоляцию. Существует много теорий. Наиболее признанная: когда теплый воздух поднимается, трение с микрокаплями воды создает заряды. Крупные капли заряжаются положительно, мелкие — отрицательно.

Заряды накапливаются на облаках. Заряд может стать настолько велик, что разряд происходит в другое облако или на землю — это и есть молния.

Механизм разряда молнии

Когда заряженное облако проходит над землей, оно индуцирует равные и противоположные заряды на земле. При достижении потенциального градиента 5–10 кВ/см пробой воздуха начинается.

1. Как только воздух пробой, от облака к земле идет лидер — ионизированный канал, несущий заряд. Если градиент не поддерживается, лидер останавливается, заряд рассеивается без полного разряда (рис. а).
2. Часто лидер доходит до земли или объекта. Лидер достаточно светится — это первый визуальный разряд (рис. б).
3. Путь лидера — путь ионизации. Происходит полный пробой изоляции. Нисходящий лидер (отрицательный) при контакте с землей вызывает встречный вверх (положительный). Нейтрализация вызывает яркую вспышку — молнию (рис. в).

Разрядники (переходники перенапряжений): виды и назначение

Заземляющие тросы и экранирование защищают от прямого удара, но часто неэффективны против бегущих волн, достигающих аппаратуры. Разрядники (переходники) обеспечивают защиту от этих импульсов.

Базовая схема: искровой зазор последовательно с нелинейным резистором. Один конец к защищаемой части, другой — заземлен. В норме разрядник не проводит ток. При ударе молнии зазор ионизируется, отводя большой ток в землю.

Типы разрядников:

• Стержневой зазор: Два стержня 1,5 см, изогнутые под прямым углом с зазором. Один к линии, другой к заземлению. Расстояние до изолятора не менее 1/3 зазора.
• Роговый зазор: Два роговидных металла с постепенно увеличивающимся зазором кверху. На фарфоровых изоляторах. Один конец к линии через резистор и дроссель, другой — к заземлению.
• Многозазорный: Серия металлических цилиндров, изолированных друг от друга малыми воздушными зазорами. Первый к линии, последний к заземлению через резисторы. Для напряжений до 33 кВ.
• Искровой (экспулсионный): Для напряжений до 33 кВ. Состоит из стержневого зазора и второго зазора в волокнистой трубке. Ограниченное число срабатываний (волокно сгорает).
• Вентильный (оксидный): Наиболее эффективный. Две сборки: последовательные искровые зазоры и диски нелинейных резисторов (тирит, метросил) в серии. Обе сборки в герметичном фарфоровом корпусе.

Полное руководство для студентов ЭЭ: Как работает электростанция?

Влияние коронного разряда на воздушные линии электропередач