Eraikitzaileak: Eboluzioa Materialak eta Uzkailu-babesaren Azalpena

Azpimuruko Ainguratzaileak eta Euren Eboluzioa

Azpimuruko ainguratzaile bat beti dago paraleloan elektrizitateko tresnarekin babesten duena. Ez du tresnaren funtzionamendu normalarekin interfase egiten sisteman jarduneko tenperatura batean. Hala ere, maiztasun altua agertzen denean tresnan, ainguratzaileak lehenengoa joaten da, maiztasun hori lurra zuzenean kanporatuta.

Azpimuruko ainguratzaileen forma lehena eta sinpleena bi metaloko barra soilik ditu, espazio batez bereizita eta elektrizitateko tresna baten gainean paraleloan konektatuta. Espazio horren tenperatura zenbait muga gainditzen denean, airea (espazioa) hondatzen da, tresna babesten. Ainguratzaile mota hau "expulsion gap" edo "protective gap" izenez ezagutzen da.

Ostadarra fenomenu bera dela dirudi: ohar-eguzkiak eta lurrea bi konduktore bezala (elektrodoak). Tenperatura oso altua denean euren artean, airea hondatzen da, ostadara ematen dio.

Hala ere, aldea nagusi bat dago. Babesteko espazioak zuzenean konexioa dut lineen elektrikoekin. Maiztasun altu arriskutsu bat espazioa hondatzen duenean (barren arteko airea ionizatuta), gunea bidegilea edo subestazioa ez dakio gertatikoa - edo ezin du erantzun azkar. Hortaz, jarraitzen du kontsumo elektriko espazioari, orain konduktore bezala. Espazioak lurra zuzenean kanpora ematen dio kontsumoa, hortaz, sistema elektrikoan kurtxa sortzen da. Beraz, babesteko espazioak erabili erraza dira, baina euren funtzionamenduak arkua egingo du espaziokoan, kurtxa-konposizio bat sortuz.

Nola amaitu azkar arkua babesteko espazioan funtzionamenduan ondoren? Hona eraman zuen bigarren generazioko ainguratzailea - expulsion (edo tube-type) ainguratzailea. Diseinu hau lehenik arkua tubo batean mugatzen du eta ondoren metodoak erabiltzen ditu amaitzeko.

Hala ere, expulsion ainguratzaileek abantaila bat dute: arku-hondatze gaitasuna izan arren, oraindik sistema elektrikoaren kontsumoa zuzenean lurra kanporatzen dute, momentutzat lurraldeko akats bat (kurtxa) sortuz.

Eguneroko tenperaturan kontsumorik ez edo gutxi gorabeherako kanporaketa baino ez duen tresna ideala izango litzateke, hortaz, kurtxa sortzen saiatuz, baina maiztasun altu handia (ostadarako) lurra zuzenean kanporatuz maiztasun altu arriskutsuak agertzen direnean. Era sinplean esanda, tresna hau "switch inteligente" bezala funtzionatuko luke, zehazki zuretu nahi duen unean irekitzen eta itzaltzen duen. Azpimuruko ainguratzailetan, "switch" hau silicon carbide (SiC) izeneko material batekin hasten da. Material horrekin egindako ainguratzaileei valve-type ainguratzaile deritze, elektrizitateko valve bezala funtzionatzen baitute.

Garrantzitsu da "valve" hau osagaielelektriko bat dela, ez denbora-irribarreko valve bezala, hanbitxetik edo tontorretik. Valve mekanikoak oso gustokaberrak dira erantzun ostadarako, mikrosekundu batzuetan eragiten baitute. Ordez, non-linear resistor bat eginda dagoen elektrizitateko "valve" bat beharrezkoa da. Silicon carbide zenbaki-erregularraren lehenerantz unezineko aplikazioetan aurkitu zen materiala.

Teknologia inoiz ez dago gelditzen. Bigarren material non-linear resistor aurkitu zen azpimuruko ainguratzailetarako: zinc oxide (ZnO). Silicon carbide-arekin funtzio berbera du, baina "valve" ezaugarri hobetoak ditu - profesionalki adierazten da non-linearity hobetoa duelako.

Non-linearity zer da? Adierazpen metaforikoki, gauza desberdinak egitea da: txiki izatea dagoeneko handia izan beharko litzateke, eta handia izatea dagoeneko txiki izan beharko litzateke - linear osagaien bezala, proportzionalki eskalatzen direnak.

Azpimuruko ainguratzailetan, non-linearity honela agertzen da: kontsumoa altua denean (adibidez, ostadarako), erezistentzia oso baxua bihotzen da, eta erezistentzia hobe baxua, non-linearity hobea. Kontsumoa baxua denean (ostadarako pasitakoan eta sistema normalerako tenperatura batera itzultzeko), erezistentzia oso altua bihotzen da, eta erezistentzia hobe altua, non-linearity hobea.

Silicon carbide-ak non-linearity du, baina ez da idealetasuna. Tenperatura normalerako, erezistentzia oso altua ez da, kontsumo txiki bat ainguratzailetik igotzen da - valve bat ez duela itxi oso estua, kontsumo txiki bat zutik geratzen da.

Ezaugarri hau materialaren natura da, eta materiala hobetzeko saiakera asko egin dira, baina oso geroztik asko. Beraz, silicon carbide-a ainguratzailetan erabiltzen denean, soluzio estrukturalak erabiltzen dira: ainguratzailea hasieran isolatuta dago linea-tik eta bakarrik surge-an konektatuta. Lan hau serieko aireko espazio baten bitartez egiten da. Beraz, valve-type ainguratzaileek praktikan espazio bat behar dute. Aldiz, zinc oxide valve-ek "itzi oso estu" dituzte tenperatura normalerako, beraz, serieko espazioa behar ez dute.

Zinc oxide-en teknologia hobetu ahala, "itzi" gaitasunaren murrizketak gainditu dira. Hala ere, espazio-gabeko diseinuen tradizio historikoagatik, zinc oxide ainguratzaile batzuk oraindik espazioak dituzte. Hala ere, espazio-gabeko zinc oxide ainguratzaileek ospea osoa hartzen dute.

Zinc oxide metal oksido bat denez, ainguratzaile hauei Metal Oxide Surge Arresters (MOSA) ere deitzen zaie.

Ostadarako Babesa Sistemetan Elektrikoetan

Ostadarako babesteko tresnetatik, hiru mota nagusi daude: lightning rods (air terminals), overhead ground wires (shield wires), eta surge arresters. Lehen biak egitura sinpleak dira - oinarrian barra eta harigorak - eta azkena, non-linear resistors "intelligent switch" bezala funtzionatzen dutenagatik, konplexuagoa da.

Babesten diren objektuen perspektibatik, ostadar babesa hiru kategoriatan banatzen da: overhead transmission line protection, substation protection, eta motor protection.

Overhead lineak distantziak luzeak zeharkatzen dituzte, espazio irekian. Lurraldeko bizitzari eta ekosistema minimoa eragiteko, goizean kokatuta daude. Esaldi baten esan bezala, "The tallest tree catches the most wind", horrek ostadarako helburu lehena bihurtzen diote. Estatistikak adierazten dute sistemaren akats gehienak ostadarako lineetan eragiten direla. Beraz, overhead lineak babestu behar dira. Baina, luzera nagusitik, babes absolutua ezinezkoa eta kostu altua da. Beraz, lineen babesa erlatiboa da: ostadarako batzuk linean eragiten dute eta flashoverak eragiten dituzte. Babesa hau overhead ground wires-en bidez lortzen da.

Substationek, aldiz, oso garrantzitsuak dira. Sistema elektrikoaren erdiguneak dira, tresnak eta pertsonalak konzentratuta dituzte. Hortaz, ostadar babeseko eskaintza oso altua dute.

Ostadarako bi bide nagusi ditu substationetara iritsi: ostadarako zuzenak, lightning rod-ek (edo aldiz shield wire-ek) murriztzen dituzte; eta transmission lineetan ostadarako eragiten duten surge-ak, surge arresteren bidez kudeatzen dira.

Motorrak (generatzaileak, synchronous condensers, frequency changers, eta electric motors) ostadar babesarako garrantzitsuak dira substation guztien antzera. Generatzaileak sistema elektrikoaren "bihotza" dira, eta motorrak handiak industrian oso garrantzitsuak dira. Ostadarako eragina motorrean dutenean, galere handiak sortzen dira. Baina, motorren babesa zailagoa da substationen baino. Motorrak birakuntza-makinak dira, beraz, aisialdiak ezin dira oso lodia izan, eta solidak (transformer-en kasuan liquid insulation erabilita). Aisialdi solidak enpresarioen bat dituzte, beraz, surge arresterek babesa lehena emandakoan, laguntzaileko babes-measure gehiago beharrezkoak dira.

Zink Oksidoa Dauden Composite-Housed Zinc Oxide Surge Arresters

Surge arrester bat elektrizitateko tresna bat da bi electrodekin - bat normalki lurra konektatuta eta bestea tenperatura altuarekin - insulazio-material baten artean bereizita, profesionalki insulator deritzogun.

Elektrizitateko sistema tresna gehienak atmosferan badira, insulazio-zuhaitzak ingurumenarekin kontaktuan daude. Insulazio hau outdoor insulation edo external insulation deritzogu.

Outdoor insulation constant sun, rain, wind, snow, fog, and dew-rengatik. Beraz, outdoor insulation material onak electrical and mechanical properties onak ditu behar ditu, eta weather resistance handia eta 40-50 urteko lifetime. Orain porcelana da engineering-en outdoor insulation material gehien erabiltzen dena, eta tempered glass ere line application-en erabiltzen da.

Porcelain and glass are inorganic materials. Besides their excellent electrical and mechanical performance, their key advantage is environmental stability - exceptional resistance to climatic conditions - enabling them to dominate power system external insulation for nearly a century.

However, they share a common weakness: their surfaces are hydrophilic. This allows pollution layers on the insulator surface to absorb moisture. When pollution combines with moisture, it enables current flow, potentially causing a flashover across the insulator surface under normal operating voltage. This is commonly known as pollution flashover, more specifically, surface discharge along a polluted and wetted insulator.

In recent decades, silicone rubber has been widely adopted worldwide to replace traditional materials for insulators. Silicone rubber is an organic material exhibiting strong hydrophobicity, significantly increasing the pollution flashover voltage of external insulation.

Insulators made from organic materials are often called polymer insulators (as organic materials are polymers), non-ceramic insulators, composite insulators (since the external insulation is synthetic), or even plastic insulators abroad.

In China, they were previously known as composite insulators or silicone rubber insulators. They are now uniformly termed organic composite insulators (since organic materials are composites, and these insulators are typically made from a composite of silicone rubber and an epoxy-resin-glass-fiber rod), commonly abbreviated as composite insulators.

Therefore, a composite-housed zinc oxide surge arrester uses an organic material - specifically silicone rubber - as the external insulation for a zinc oxide surge arrester.