Deguļveida aizsargi: Evolūcija materiāli un liekais lauku aizsardzība izskaidrotie

Vētraizsargi un to evolūcija

Vētraizsargs vienmēr tiek savienots paralēli ar elektrisko aprīkojumu, ko tā aizsargā. Tas neietekmē aprīkojuma normālo darbību sistēmas spriegumā. Tomēr, kad uz aprīkojumu parādās bīstama pārsprieguma vētra, rizgāds pirmo kārtu apved šo pārspriegumu droši uz zemi.

Nesenākā un visvienkāršākā vētraizsarga forma sastāvēja no diviem metāla stabiņiem, kas bija atdalīti ar spraugu un savienoti paralēli elektroaprīkojumam. Kad šīs spraugas virspriegums pārsniedza noteiktu slieksni, gaisa (spraugas) sadalīšanās aizsargāja aprīkojumu. Šāda veida rizgāds pazīstams kā "izmetuma spraugas" vai "aizsardzības spraugas" rizgāds.

Vētras parādība ir līdzīga: mākoņi un zeme darbojas kā divi vedēji (elektrodas). Kad starp tiem esošais virspriegums kļūst pārāk augsts, starpabūtne (gaisa) sadalās, rezultātā notiek vētras trāpījums.

Tomēr ir būtiska atšķirība. Aizsardzības spraugas tiek savienotas tieši pāri elektrotīklam. Kad bīstams pārspriegums izraisa spraugas sadalīšanos (t.i., gaisa starp stabiņiem jonaizdošanos), elektrostacija vai substantsija nav informēta par šo notikumu — vai nevar reaģēt pietiekami ātri. Tāpēc tā turpina piegādāt strāvu tagad vedējam spraugai. Jo spraugas nodrošina ceļu uz zemi, šī strāva plūst nepārtraukti, izraisojot saites traucējumu elektrotīklā. Tātad, lai gan aizsardzības spraugas ir viegli lietojamas, to darbība izraisa ilgstošu loku pāri spraugai, izraisot saites traucējumu.

Kā varētu ātri izbeigt lokus pāri aizsardzības spraugai pēc tās darbības? Tas vadīja pie otrās paaudzes rizgāda — izmetuma (vai tuba tipa) rizgāda. Šis dizains sākumā ierobežo loku iekšā tubā un pēc tam izmanto metodes, lai to izbeigtu.

Tomēr izmetuma rizgādi joprojām raksturo trūkums: neatkarīgi no tās loku izbeigšanas spējas, tās joprojām novada elektrotīkla strāvu tieši uz zemi, izraisojot momentānu zemes traucējumu (saites traucējumu).

Ideālā risinājums būtu ierīce, kas bloķē strāvu vai ļauj tikai minimālu izplūdumu normālajā spriegumā, tādējādi izvairot saites traucējumus, bet ātri novada lielus pārsprieguma strāvas (piemēram, vētru) uz zemi, kad parādās bīstami pārspriegumi. Vienkārši sakot, šāda ierīce darbotos kā "intelektuāls slēdzis", zinot precīzi, kad atvērt un aizvērt. Vētraizsargos šis "intelektuālais slēdzis" sākotnēji tika realizēts, izmantojot materiālu, kas pazīstams kā silicijakarbīds (SiC). Rizgādi, kas izgatavoti no šī materiāla, pazīstami kā ventilu tipa rizgādi, jo tie darbojas kā elektroventili.

Jāatzīmē, ka šis "ventils" ir elektrokomponents, nevis mehāniskais ventils, piemēram, krāna vai cauruļu ventils. Mehāniskie ventili ir pārāk lēni, lai reaģētu uz vētru, kas trāpj mikrosekundēs. Tā vietā ir nepieciešams elektro"ventils", kas izgatavots no nelīnijušās rezistora matiāla. Silicijakarbīds bija pirmais atrasts nelīnijušās rezistora matiāls augstsprieguma lietojumam.

Tehnoloģija nemierīgi attīstās. Vēlāk tika atklāts otrs nelīnijušās rezistora matiāls vētraizsargiem: cinka oksīds (ZnO). Tas veic līdzīgu funkciju kā silicijakarbīds, bet parāda labākas "ventila" īpašības — profesionāli aprakstītas kā labāka nelīnijušās.

Kas ir nelīnijušās? Figurāli runājot, tas nozīmē darboties pretēji: būt mazam, kad tai jābūt lielai, un lielam, kad tai jābūt mazai — atšķirībā no lineārām komponentēm, kas skalējas proporcionāli.

Vētraizsargos nelīnijušās manifestējas šādi: kad strāva ir augsta (piemēram, laikā vētras pārsprieguma), rezistors kļūst ļoti zems, un jo zemāks rezistors, jo labāka nelīnijušās. Kad strāva ir zema (pēc vētras pārsprieguma beigu un sistēmas atgriešanās normālam darbības spriegumam), rezistors kļūst ļoti augsts, un jo augstāks rezistors, jo labāka nelīnijušās.

Silicijakarbīds parāda nelīnijušās, bet tas nav ideāls. Normālajā darbības spriegumā tā rezistors nav pietiekami augsts, ļaujot maziem izplūdumiem strāvēt caur rizgādu — kā ventils, kas nesaista stingri, rezultātā nepārtraukts "plūstens" strāvas.

Šī rīcība ir matiāla rakstura, un mēģinājumi izbeigt šo izplūdumu, uzlabojot matiālu, ir būtībā bijuši neveiksmīgi. Tāpēc, izmantojot silicijakarbīdu rizgādos, tiek izmantotas strukturālas risinājumi: sākumā rizgāds tiek izolēts no līnijas un tikai savienots laikā vētras. Šo uzdevumu veic sērijveida gaisa spraugas. Tāpēc ventilu tipa rizgādi gandrīz vienmēr prasa spraugu. Savukārt cinka oksīda ventilus "saista stingri" normālajā darbības spriegumā, tāpēc tiem nav nepieciešama sērijveida spraugas.

Kā cinka oksīda ražošanas tehnoloģija ir uzlabojusies, agrākās ierobežojumi "saistošanas" spējās ir pārvarēti. Tomēr, tā kā spraugas dizaini ir bijuši vēsturiski plaši izplatīti, daži cinka oksīda rizgādi joprojām ietver spraugas. Tomēr bezspraugu cinka oksīda rizgādi veido lielo daļu.

Kā cinka oksīds ir metāla oksīds, šiem rizgādiem tiek dēvēti arī kā Metāla Oksīda Vētraizsargi (MOSA).

Vētras aizsardzība elektrotīklā

No vētras aizsardzības ierīču perspektīvas, pastāv trīs galvenie veidi: vētraizsargi (gaisa termināli), pārklājumelektrodes (aizsardzības dārzi) un vētraizsargi. Pirmie divi ir strukturāli vienkārši — būtībā tikai stabiņi un vadi — savukārt pēdējais ir sarežģītāks, tāpēc ka atkarīgs no nelīnijušās rezistoriem, kas darbojas kā "intelektuālie slēdži."

No aizsargāmo objektu perspektīvas, vētras aizsardzību var kategorizēt: virsējās pārvades līnijas aizsardzība, substantsijas aizsardzība un dzinēju aizsardzība.

Virsējie vadi izplešas lielās teritorijās, atklāti atvērtajās teritorijās. Lai samazinātu ietekmi uz zemes dzīvi un ekosistēmu, tie tiek uzbūvēti lielā augstumā. Kā teikts, "Augstākais koks saņem vairāk vēja," padarot tos par primārām vētras mērķa vietām. Statistikas rāda, ka lielākā daļa elektrotīkla traucējumu izraisa vētras trāpījumi uz vadiem. Tāpēc virsējie vadi jāaizsargā. Tomēr, tāpēc ka tie ir ilgi, absolūta aizsardzība ir nereālistiska un pārāk dārga. Tāpēc līnijas aizsardzība ir relatīva: daži vētras trāpījumi tiek atļauti trāpt uz līniju un izraisīt blakstāšanu. Šo aizsardzību galvenokārt sasniedz, izmantojot pārklājumelektrodes.

Savukārt substantsijas ir daudz svarīgākas. Tās darbojas kā elektrotīkla centri, apkopojot koncentrētu aprīkojumu un personālu. Tāpēc to vētras aizsardzības prasības ir ļoti augstas.

Vētra var nonākt substantsijā pa diviem galvenajiem ceļiem: tieši trāpījumi, ko mazina vētraizsargi (vai dažreiz aizsardzības dārzi); un pārspriegumi, kas izriet no vētras trāpījumiem uz pārvades līnijām, ko galvenokārt kontrolē vētraizsargi.

Dzinēju (ieskaitot ģenerātorus, sinhronās kondensatorus, frekvences maiņu un elektriskos dzinējus) vētras aizsardzība ir tikpat svarīga kā substantsijas aizsardzība. Ģenerātori ir elektrotīkla "sirds", un lieli dzinēji ir svarīgi rūpnieciski pārnesēji. Vētras radītais kaitējums šiem komponentiem rada lielas zaudējumus. Tomēr dzinēju aizsardzība ir grūtāka nekā substantsijas aizsardzība. Dzinēji ir rotējoši mehānismi, tāpēc tos izolācija nevar būt pārāk smaga un tai jābūt cietai (nav tāda, kā transformatoros izmantotā šķidra izolācija). Ciega izolācija ir noslāpējusi, tāpēc nav tikai nepieciešama primāra aizsardzība ar vētraizsargiem, bet arī papildu palīgaizsardzības pasākumi.

Kompozitā kuvertes cinka oksīda vētraizsargi

Vētraizsargs ir elektrotehniskā ierīce ar diviem elektrodām — vienu parasti zemes salīdzinājumā un otro savienotu ar augstspriegumu, atdalītu ar izolējošu materiālu, kas profesionāli pazīstams kā izolators.

Kā daudzums elektrotīkla aprīkojuma ir izpostīts atmosfērā, izolējošās virsmas tiek tieši saistītas ar vidi. Šī izolācijas daļa tiek saukta par ārējo izolāciju vai ārējo izolāciju.

Ārējā izolācija tiek nepārtraukti izpostīta saulei, lietus, vējam, sniegam, muguram un rosenam. Tāpēc kvalificētā ārējā izolācijas matiāli jāparāda ne tikai izcilas elektro- un mehāniskas īpašības, bet arī izcilas vides stabilitātes un 40–50 gadu izmantošanas ilgumu. Pašlaik porceleins ir visplašāk izmantots ārējais izolācijas matiāls inženierzinātnēs, savukārt temperēts stikls tiek izmantots līnijas lietojumā.

Porceleins un stikls ir anorganiski matiāli. Saskaņā ar tos izcilajām elektro- un mehāniskajām īpašībām, tos galvenais priekšrocība ir vides stabilitāte — izcilās vides apstākļu resistence, kas ļauj tos dominēt elektrotīkla ārējā izolācijā gandrīz simt gadu.

Tomēr abiem ir kopīga vājā vieta: to virsmas ir hidrofilas. Tas ļauj piesārņojuma slānim uz izolācijas virsmas absorbēt mitrumu. Kad piesārņojums kombinējas ar mitrumu, tas ļauj strāvai plūstēt, potenciāli izraisojot blakstāšanu uz izolācijas virsmas normālajā darbības spriegumā. Tas ir zināms kā piesārņojuma blakstāšana, konkrētāk, virsmas izplūde uz piesārņota un nomocīta izolācijas.

Pēdējos desmitgados silikonrubbers ir plaši pieņemts visā pasaulē, lai aizstātu tradicionālos matiālus izolācijai. Silikonrubbers ir organisks matiāls, kas parāda stipru hidrofobiskumu, ļoti palielinot piesārņojuma blakstāšanas virspriegumu ārējā izolācijā.

Izolācijas, kas izgatavotas no organiskiem matiāliem, bieži tiek sauktas par polimera izolācijām (jo organiskie matiāli ir polimeri), nekeramiskām izolācijām, kompozītām izolācijām (jo ārējā izolācija ir sintētiska) vai pat plastmasas izolācijām ārpus valsts robežām.

Ķīnā tās agrāk tika sauktas par kompozītām izolācijām vai silikonrubber izolācijām. Tagad tās tiek vienmēr sauktas par organiskām kompozītām izolācijām (jo organiskie matiāli ir kompozīti, un šīs izolācijas parasti izgatavotas no silikonrubber un epoksidresinas stikla fibru stabiņa), parasti saīsinātas par kompozītām izolācijām.

Tātad, kompozīta kuvertes cinka oksīda vētraizsargs izmanto organisku matiālu — konkrēti silikonrubber — kā ārējo izolāciju cinka oksīda vētraizsargam.