Функция на гърмилата
Когато надвoltage, предизвикан от мълния, се пренася по въздушните електрически линии до подстанция или други сгради, това може да причини пробиви или дори да пробие изолацията на електроустановките. Ето защо, ако защитно устройство – известно като гърмило – е свързано паралелно при входа на напрежението към устройството (както е показано на фигура 1), то ще се активира незабавно, когато надвoltage достигне предварително зададения оперативен ниво.
Гърмилото разтоварва излишната енергия, ограничавайки скачъка на напрежението и защитавайки изолацията на устройството. Когато напрежението се възстанови до нормално, гърмилото бързо се възстановява в своето първоначално състояние, осигурявайки, че системата може да продължи нормалното си доставяне на електроенергия.
Защитната функция на гърмилото е основана на три предпоставки:
Правилна координация между характеристика на напрежение-време на гърмилото и на защитаваната изолация.
Остатъчното напрежение на гърмилото трябва да е по-ниско от импулсната устойчивост на защитаваната изолация.
Защитаваната изолация трябва да е в пределите на защитното разстояние на гърмилото.
Изисквания за гърмила:
Не трябва да разтоварват при нормални условия на работа, но трябва правилно и надеждно да разтоварват при събития на надвoltage.
Трябва да имат способност за само-възстановяване след разтоварване (т.е. да се върнат в състояние на висок импеданс и да угасят последващия ток).
Основни параметри на гърмила:
Непрекъснато работно напрежение: Допустимото дълготрайно работно напрежение. Трябва да е равно или по-голямо от максималното фазно-земно напрежение на системата.
Номинално напрежение (кV): Максималното допустимо краткосрочно силово напрежение (също известно като напрежение за угасяване на дъга). Гърмилото може да работи и да угаси дъгата при това напрежение, но не може да поддържа дълготрайна работа на това ниво. Това е фундаментален параметър за проектиране, характеристики и структура на гърмила.
Характеристика на напрежение-време при силово напрежение: Показва способността на метал-оксидно (например ZnO) гърмило да издържа надвoltage при определени условия.
Номинален разтоварващ ток (кA): Върховната стойност на разтоварващия ток, използван за класифициране на гърмила. За системи до 220 кV, той не трябва да надвишава 5 кA.
Остатъчно напрежение: Напрежението, което се появява между контактите на гърмилото, когато е подложено на импулсна тока. Може също да се разбере като максималното напрежение, което гърмилото може да издържи по време на разтоварване.
Видове и структура на гърмила
Общи видове гърмила включват вентилни, тръбни, защитни разстояния и метал-оксидни гърмила.
(1) Вентилни гърмила
Вентилните гърмила се делят главно на две категории: обикновени вентилни и магнитно-държани вентилни. Обикновените включват серията FS и FZ; магнитно-държаните включват серията FCD и FCZ.
Символите в означението на модела означават:
F – Вентилно гърмило;
S – За распределителни системи;
Z – За подстанции;
Y – За високонапрегови линии;
D – За въртящи се машини;
C – С магнитно-държано разтоварващо разстояние.
Вентилното гърмило се състои от плоски искрови разстояния в ред с дискове от карбид на силиций (SiC) (вентилни блокове), запечатани в порцеланова обвивка, с външни контактни болтове за монтаж. Резистора от SiC показва нелинейни характеристики: при нормално напрежение има висок импеданс, който намалява рязко при надвoltage.
При нормално силово напрежение, искровите разстояния остават неводещи. Когато настъпи надвoltage, причинено от мълния, искровите разстояния пробиват. Импедансът на дисковете от SiC намалява значително, позволявайки на високата мълниева тока да потече безопасно към земята. След скока, дисковете от SiC предлагат висок импеданс към последващия силов ток, докато искровите разстояния прекъсват този ток, възстановявайки нормалната работа на системата. Това поведение прилича на „вентил“ – отворен за мълниева тока и затворен за силов ток – откъдето идва и името „вентилно“ гърмило.
(2) Защитни разстояния и изгонващи (тръбни) гърмила
Защитните разстояния са най-простата форма на защита срещу мълнии. Обикновено направени от цинкована кръгла стомана, те се състоят от основно разстояние и допълнително разстояние. Основното разстояние е със строен конфигурация и е монтирано хоризонтално, за да облекчи угасяването на дъгата. Допълнителното разстояние е свързано в ред под основното, за да предотврати лъжливото сработване, причинено от предмети, които замърсяват разстоянието. Поради слабата им способност за угасяване на дъгата, защитните разстояния обикновено се използват в комбинация с автоматични устройства за повторно включване, за да се подобри надеждността на доставянето на електроенергия.
Изгонващото (тръбно) гърмило се състои от искрово разстояние, разположено в газогенерираща тръба, образувана от стержун и пръстенови електроди. То включва както вътрешни, така и външни разстояния. Тръбата на гърмилото е направена от материали като армирани с влакна фенолна смола, които произвеждат големи количества газ при нагряване. Когато настъпи надвoltage, причинено от мълния, както вътрешните, така и външните разстояния пробиват, отклонявайки мълниевата тока към земята. Последващият силов ток създава силна дъга, която изгаря стената на тръбата и генерира високо налягане газ, изхвърлящ се през отворения край, бързо угасявайки дъгата. Външното разстояние тогава възстановява своята изолация, изолирайки гърмилото от системата и позволявайки да се възстанови нормалната работа.
Тъй като изгонващите гърмила зависят от силовия ток, за да генерира газ за угасяване на дъгата, прекомерни короткопремични токове могат да произведат прекомерно количество газ, надхвърлящо механичната устойчивост на тръбата и причиняващо разцепване или взрив. Затова изгонващите гърмила обикновено се използват в открити инсталации.
(3) Безразстоятелни метал-оксидни (оксид на цинк) гърмила
Тези, известни също като варистерни гърмила, са модерен тип, въведен през 1970-те години. В сравнение с традиционните вентилни гърмила с карбид на силиций, безразстоятелните метал-оксидни гърмила нямат искрови разстояния и използват оксид на цинк (ZnO) вместо карбид на силиций. Те се конструират от стопилен ZnO варистерни дискове с отлични нелинейни характеристики на напрежение-ток: при нормално силово напрежение, те показват много висок импеданс, ефективно подавайки утечката на ток; при надвoltage, техният импеданс рязко намалява, позволявайки ефективно разтоварване на импулсната тока.
Метал-оксидните гърмила предлагат отлични защитни характеристики, висока капацитет за разтоварване, ниско остатъчно напрежение, компактен размер и лесна инсталация. Те сега са широко използвани за защита на както високонапрегови, така и нисконапрегови электроустановки.
(4) Разстоятелни метал-оксидни (оксид на цинк) гърмила
Тези включват ZnO резистивни дискове, свързани в ред с искрово разстояние в композитна обвивка. Разстоятелната единица обикновено съдържа два дискови електрода, заключени в керамичен пръстен. Те са подходящи за системи с недейно заземена нейтрална точка. По време на еднофазен пробив към земята или дъга, могат да настъпят сериозни преходни надвoltage с дълго траене, които безразстоятелните ZnO гърмила може да не издържат. Разстоятелните ZnO гърмила преодоляват този недостатък: при умерени надвoltage, като еднофазен пробив или ниско ниво на дъга, серийното разстояние остава неактивно, изолирайки гърмилото от системата.
Когато надвoltage надвиши даден праг, разстоянието пробива, и отличните нелинейни характеристики на ZnO дисковете ограничават остатъчното напрежение върху гърмилото. Резултатът е много малък последващ ток, лесно прекъсван от дъгата, предоставяйки надеждна изолационна защита за трансформатори и други устройства.
Пробни тестове и стандарти за гърмила
(1) Измерване на изолационното съпротивление
Използвайте мегометър от 2500 V или по-висок. За гърмила с номинал 35 kV и по-висок, изолационното съпротивление трябва да е поне 2500 MΩ; за тези под 35 kV, поне 1000 MΩ.
(2) Измерване на DC напрежение при 1 mA и утечка на ток при 75% от това напрежение
Приложете DC напрежение към гърмилото. Като напрежението се увеличава, утечката на ток се увеличава. Запишете стойността на напрежението, когато токът достигне 1 mA. След това намалете напрежението до 75% от тази стойност и запишете утечката на ток, която не трябва да надвишава 50 μA.
(3) AC утечка на ток при рабочо напрежение
Измерете общия ток, резистивния ток или загубата на мощност при рабочо напрежение. Измерените стойности не трябва да показват значителни изменения в сравнение с началните стойности. Ако резистивният ток се удвои, гърмилото трябва да бъде изключено за проверка.
Ако резистивният ток се увеличи до 150% от началната стойност, периодът на мониторинг трябва да бъде съответно съкратен.
Тези тестове могат да засекат дефекти като проникване на влага или стареене на вентилните блокове на гърмилата, повърхностни пукнатини и влошаване на изолацията.
