Surĝ-Protektiloj: Evo, Materialoj kaj Protekto kontraŭ Fulmoj Explikite

Surgo-Protektoroj kaj Ilia Evoluo

Surgo-protektoro estas ĉiam konektita paralele kun la elektra equipaĵo kiun ĝi protektas. Ĝi ne interrompas la normalan operacion de la equipaĵo je sistemo-volto. Tamen, kiam danĝera suprovolto aperas sur la equipaĵo, la protektoro unue kondukas, devigante la suprovolton sekure en la teron.

La plej frua kaj plej simpla formo de surgo-protektoro konsistis el du metalaj bastonoj disigitaj per spaco kaj konektitaj paralele trans elektra equipaĵo. Kiam la volto trans tiu spaco superis certan limon, la aero (la spaco) rompiĝus, protektante la equipaĵon. Tiu tipo de protektoro estas konata kiel "elŝut-spaco" aŭ "protekt-spaco."

La fenomeno de fulmeco estas simila: tondankloj kaj la tero agas kiel du konduktiloj (elektrodoj). Kiam la volto inter ili iĝas tro alta, la aero inter ili rompiĝas, rezultigante fulmotrafon.

Tamen, ekzistas grava diferenco. Protekt-spacoj estas konektitaj rekte trans povlinioj. Kiam danĝera suprovolto kaŭzas la spacon rompiĝi (t.e., la aero inter la bastonoj ionizigas), la elektrovortaĵo aŭ substacio ne scias pri ĉi tiu okazo aŭ ne povas reagi sufiĉe rapide. Konsekvence, ĝi daŭre provizas kuranton al la nun kondukanta spaco. Ĉar la spaco oferas vojon al la tero, ĉi tiu kuranto fluas kontinue, kaŭzante kortocircuiton en la povsistema. Do, dum protekt-spacoj estas simplaj por uzi, ilia operacio kreitas daŭran arkon tra la spaco, kondukante al kortocircuita kondiĉo.

Kiel oni povus rapide malaktivi la arkon tra la protekt-spaco post operacio? Tio gvidis al la evoluo de la dua generacio de protektoro - la elŝut- (aŭ tub-tipo) protektoro. Ĉi tiu dizajno unue konfinas la arkon en tubon kaj tiam uzas manierojn por malaktivi ĝin.

Ĉeestas tamen ankoraŭ malfavoro: sendepende de sia kapablo malaktivi la arkon, ili ankoraŭ direkte dirigeblas la povsisteman kuranton al la tero, kaŭzante momentan ter-falton (kortocircuiton).

Idealaj solvo estus aparato kiu blokas kuranton aŭ permesas nur minimuman fuiton sub normala volto, do evitante kortocircuitojn, sed rapide kondukas grandajn surgo-kurantojn (kiel fulmo) al la tero kiam danĝeraj suprovoltoj aperas. En simplaj vortoj, tia aparato funkcios kiel "inteligenta ŝaltilo," scianta precize kiam malfermi kaj fermi. En surgo-protektoroj, ĉi tiu "inteligenta ŝaltilo" unue realiĝis uzante materialon nomitan siliciumkarburo (SiC). Protektoroj faritaj el ĉi tiu materialo estas konataj kiel valv-tipaj protektoroj, ĉar ili funkcias kiel elektraj valvoj.

Estas grave noti ke ĉi tiu "valvo" estas elektra komponento, ne mekanika valvo kiel krano aŭ tub-valvo. Mekanikaj valvoj estas tro malrapide respondantaj al fulmo, kiu trafas en mikrosekundoj. Anstataŭe, elektra "valvo" farita el ne-linearaj rezistoroj estas bezonata. Siliciumkarburo estis la unua ne-lineara rezistora materialo malkovrita por uzado en altvolta aplikoj.

Teknologio daŭre evoluas. Poste, dua ne-lineara rezistora materialo estis malkovrita por surgo-protektoroj: cinkoksidumo (ZnO). Ĝi plenumas similan funkcion al siliciumkarburo sed havas pli bonajn "valv" karakterojn - profesie priskribitaj kiel havantaj pli bonan ne-linearon.

Kio estas ne-linearo? Figurate, ĝi signifas fari la kontraŭan: esti malgranda kiam ĝi devus esti granda, kaj granda kiam ĝi devus esti malgranda - ne kiel linearaj komponentoj, kiuj proporcionalas.

En surgo-protektoroj, ne-linearo manifestiĝas jene: kiam la kuranto estas alta (ekz. dum fulmo-surgado), la rezisto iĝas tre malalta, kaj la pli malalta la rezisto, la pli bona la ne-linearo. Kiam la kuranto estas malalta (post la fulmo-surgado kaj la sistemo revenas al normala operacian volto), la rezisto iĝas tre alta, kaj la pli alta la rezisto, la pli bona la ne-linearo.

Siliciumkarburo montras ne-linearon, sed ĝi ne estas idealo. Sub normala operacia volto, ĝia rezisto ne estas sufiĉe alta, permesante malgrandan fuitan kuranton fluigi tra la protektoro - kiel valvo kiu ne ferme fermiĝas, rezultigante kontinuan "flukon" de kuranto.

Ĉi tiu konduto estas inherenta al la materialo, kaj provoj eliminigi ĉi tiun fuiton per materiala plibonigo estis grandparte malsukcesaj. Konsekvence, kiam uzante siliciumkarburon en protektoroj, struktura solvoj estas uzitaj: la protektoro estas unue izolita de la linio kaj nur konektita dum surgado. Ĉi tiu tasko estas farita uzante serian aeran spacon. Do, valv-tipaj protektoroj preskaŭ ĉiam bezonas spacon. Kontraste, cinkoksidumaj valvoj "ferme fermiĝas" sub normala operacia volto, do ili ne bezonas serian spacon.

Kiel cinkoksiduma fabrikado teknologio pliboniĝis, fruaj limoj en "ferma" kapablo estis superitaj. Tamen, pro historie abunda gaptipaj dizajnoj, kelkaj cinkoksidumaj protektoroj ankoraŭ inkluzivas spacojn. Tamen, spacosensignaj cinkoksidumaj protektoroj konstituas la grandan plimulton.

Ĉar cinkoksidumo estas metaloksidumo, ĉi tiuj protektoroj ankaŭ estas konataj kiel Metaloksidaj Surgo-Protektoroj (MOSA).

Fulmo-Protekto en Povsistema

El la perspektivo de fulmo-protektaj aparatoj, ekzistas tri ĉefaj tipoj: fulmo-rodoj (aerterminaloj), supra-teraj terkondutoj (ŝild-linioj), kaj surgo-protektoroj. La unua du estas strukture simplaj - esence nur rodoj kaj linioj - dum la lasta estas pli kompleksa pro sia dependeco de ne-linearaj rezistoroj aktantaj kiel "inteligentaj ŝaltiloj."

El la perspektivo de protektendaj objektoj, fulmo-protekto povas esti kategorizita en: supra-tera transdonlinia protekto, substacioprotekto, kaj motorprotekto.

Supra-teraj linioj etendiĝas vastajn distancojn, eksponitaj en malfermaj areoj. Por minimumigi efikon al terrestro vivo kaj ekosistemoj, ili estas erigitaj je signifaj altecoj. Kiel la diro iras, "la plej alta arbo ricevas la plej multan venton," farante ilin primaj celoj por fulmo. Statistikoj montras ke la plejmulto de povgridfaligoj estas kaŭzitaj de fulmotrafadoj sur linioj. Do, supra-teraj linioj devas esti protektataj. Tamen, pro ilia longo, absoluta protekto estas praktike neebla kaj tro kostega. Do, linia protekto estas relativa: iom da fulmotrafadoj estas permesataj trafadi la linion kaj kaŭzi fulmitojn. Ĉi tiu protekto estas ĉefe atingita uzante supra-terajn terkondutojn.

Kontraste, substacioj estas multe pli gravaj. Ili servas kiel nudoj de la povsistema, enhavante koncentritan equipaĵon kaj personaron. Konsekvence, iliaj fulmo-protekta bezonoj estas ekstreme altaj.

Fulmo povas atingi substacion per du ĉefaj vojoj: rekta trafado, mitigita per fulmo-rodoj (aŭ foje ŝild-linioj); kaj surgado propaganta de fulmotrafadoj sur transdonlinioj, kiu estas ĉefe traktata per surgo-protektoroj.

Fulmo-protekto por motoroj (inkluzive generatoroj, sinkronaj kondenziloj, frekvencŝanĝiloj, kaj elektraj motoroj) estas same kritika kiel substacioprotekto. Generatoroj estas la "koro" de la povsistema, kaj grandaj motoroj estas vitalaj industria driviĝiloj. Fulmodamajo al ĉi tiuj komponantoj rezultigas signifajn perdojn. Tamen, motorprotekto estas pli defia ol substacioprotekto. Motoroj estas rotaciantaj maŝinoj, do ilia izolado ne povas esti tro dika kaj devas esti solida (ne kiel likva izolado uzata en transformiloj). Solida izolado estas suscepta al aĝado, bezonante ne nur priman protekton per surgo-protektoroj sed ankaŭ pliajn auxilajn protektajn mezurojn.

Kompozita-Huskaj Cinkoksidumaj Surgo-Protektoroj

Surgo-protektoro estas elektra aparato kun du elektrodoj - unu kutime terigita kaj la alia konektita al alta volto - disigitaj per izolada materialo, profesie konata kiel izolilo.

Ĉar plej multa povsistema equipaĵo estas eksponita al atmosfero, la izoladaj surfacoj estas direktkontakta kun la medio. Ĉi tiu parto de izolado estas nomita eksteraj izolado aŭ ekstera izolado.

Ekstera izolado estas konstante eksponita al sunlumo, pluvo, vento, neĝo, brumo, kaj rosulo. Do, kvalifikitaj eksteraj izoladamaterialoj devas ne nur posedas ekcelajn elektrajn kaj mekanikajn trajtojn sed ankaŭ montri superan veturresistancon kaj vivdaŭron de 40-50 jaroj. Aktuale, porcelano estas la plej vaste uzata ekstera izoladamaterialo en inĝenierado, kun fortigita glaso ankaŭ uzata en liniaj aplikoj.

Porcelano kaj glaso estas organikaj materialoj. Krom iliaj ekcelaj elektraj kaj mekanikaj performancoj, ilia ĉefa avantaĝo estas medio-stabileco - ekscela resisteco al klimatkoncerno - ebligante ilin dominadi povsistemajn eksterajn izoladojn por preskaŭ jarcento.

Tamen, ili kunhavas komunan malfavoron: iliaj surfacoj estas hidrofilaj. Ĉi tio permesas poluajn stratojn sur la izolada surfaco absorbi humecon. Kiam poluo kombiniĝas kun humeco, ĝi ebligas kuranton fluigi, potenciala kaŭzanta fulmiton tra la izolada surfaco sub normala operacia volto. Ĉi tio estas komune konata kiel poluo-fulmito, pli specife, surfaca disŝargo tra poluita kaj humecta izolilo.

En lastaj dekoj, silikon-rubando estas ampleksite adoptita tutmonde por anstataŭigi tradician materialon por izoliloj. Silikon-rubando estas organika materialo montranta fortan hidrofobian, signife pligrandigante la poluo-fulmitan volton de ekstera izolado.

Izoliloj faritaj el organikaj materialoj ofte estas nomitaj polimeraj izoliloj (ĉar organikaj materialoj estas polimeroj), ne-ceramikaj izoliloj, kompozitaj izoliloj (ĉar la ekstera izolado estas sintezita), aŭ eĉ plastaj izoliloj eksterlande.

En Ĉinio, ili antaŭe estis konataj kiel kompozitaj izoliloj aŭ silikon-rubandaj izoliloj. Nun ili estas uniforme nomitaj organikaj kompozitaj izoliloj (ĉar organikaj materialoj estas kompozitoj, kaj ĉi tiuj izoliloj tipike estas faritaj el kompozito de silikon-rubando kaj epoksid-resina glasfibra bastono), komune mallongigita kiel kompozitaj izoliloj.

Do, kompozita-huskaj cinkoksidumaj surgo-protektoroj uzas organikan materialon - specife silikon-rubandon - kiel eksteran izoladon por cinkoksiduma surgo-protektoro.