Hvorfor bruge overstrømelsessikringer? Nøglefunktioner og fordele

Funktion af Overgangsundertrykkere

Når lyninduceret overspanning rejser sig langs overhængende elektriske ledninger ind i en understation eller andre bygninger, kan det forårsage flaskehals eller endda bore gennem isolationen på elektrisk udstyr. Derfor, hvis et beskyttelsesenhed - kendt som en overgangsundertrykker - er forbundet parallelt til strøm-indgangen af udstyret (som vist på figur 1), vil den øjeblikkeligt aktiveres, når overspanningen når den forudindstillede driftsniveau.

Overgangsundertrykkeren frigør den ekstra energi, begrænser spændingsflasken og beskytter udstyrets isolation. Når spændingen vender tilbage til normal, genopretter overgangsundertrykkeren hurtigt sin oprindelige tilstand, hvilket sikrer, at systemet kan fortsætte med normal strømforsyning.

Beskyttelsesfunktionen af en overgangsundertrykker er baseret på tre forudsætninger:

• Korrekt koordinering mellem undertrykkerens volt-sekund karakteristik og den beskyttede isolations karakteristik.

• Undertrykkerens restspænding skal være lavere end den beskyttede isolations impulsbestandighed.

• Den beskyttede isolation skal være inden for undertrykkerens beskyttelsesafstand.

• Krav til overgangsundertrykkere:

• Den bør ikke frigive under normale driftsbetingelser, men skal korrekt og pålideligt frigive under overspanningshændelser.

• Den skal have evnen til selvgenoprettelse efter frigivelse (dvs. vende tilbage til sin højimpedans tilstand og slukke følgestrøm).

Nøgleparametre for overgangsundertrykkere:

• Kontinuerlig driftsspænding: Tilladte langvarige driftsspændinger. Denne bør være lig med eller større end systemets maksimale fase-jord spænding.

• Nominel spænding (kV): Maksimal tilladt kortvarig netfrekvens spænding (også kendt som bueudslukningsspænding). Undertrykkeren kan operere og slukke buen under denne spænding, men kan ikke vedblive med langvarig drift på dette niveau. Det er en grundlæggende parameter for undertrykkerdesign, egenskaber og struktur.

• Netfrekvens holdbarhed sekund karakteristik: Angiver evnen hos en metaloksid (fx ZnO) overgangsundertrykker til at modstå overspændinger under angivne betingelser.

• Nominel udslipstrøm (kA): Topværdien af udslipstrømmen, der bruges til at klassificere undertrykkerbedømmelser. For systemer på 220 kV og nedenfor, bør den ikke overstige 5 kA.

• Restspænding: Spændingen, der optræder på overgangsundertrykkerens terminaler, når den udsættes for en pulsstrøm. Den kan også forstås som den maksimale spænding, som overgangsundertrykkeren kan modstå under en frigivelse.

Typer og Struktur af Overgangsundertrykkere

Almindelige typer af overgangsundertrykkere inkluderer ventiltype, rørtype, beskyttelsesmellemrum og metaloksid-undertrykkere.

(1) Ventiltypede Overgangsundertrykkere

Ventiltypede overgangsundertrykkere er hovedsagelig inddelt i to kategorier: konventionelle ventiltypede og magnetisk-blow ventiltypede. Den konventionelle type inkluderer FS- og FZ-serien; den magnetiske-blow type inkluderer FCD- og FCZ-serien.

Symbolerne i typenavnene står for:

• F – Ventiltypede overgangsundertrykker;

• S – Til distributionsystemer;

• Z – Til understationer;

• Y – Til transmissionslinjer;

• D – Til roterende maskiner;

• C – Med magnetisk-blow udløsning.

En ventiltypet overgangsundertrykker består af flade spark gaps i serie med siliciumkarbid (SiC) resistorplader (ventilblokke), forseglet indeni en porcelæns beholder, med eksterne terminalbolte til installation. Siliciumkarbid resistoren viser ikke-lineære egenskaber: den har høj impedans under normal spænding, som faldt skarpt under overspænding.

Under normal netfrekvensspænding forbliver spark gaps ikke-ledende. Når der opstår en lynoverspænding, går spark gaps ned. Impedansen af SiC-plader falder betydeligt, hvilket tillader, at den høje lynstrøm sikkert flyder til jorden. Efter pulsen præsenterer SiC-plader høj impedans til netfrekvens-følgestrøm, mens spark gaps afbryder denne strøm, hvilket gør, at systemet vender tilbage til normal drift. Dette on-off adfærd ligner en "ventil" - åben for lynstrøm og lukket for netfrekvensstrøm - derfor navnet "ventiltypet" overgangsundertrykker.

(2) Beskyttelsesmellemrum og Udløsende (Rør-) Overgangsundertrykkere

Beskyttelsesmellemrum er den enkleste form for lynbeskyttelse. De er typisk lavet af galvaniseret rund stål, og de består af et hovedmellemrum og et hjælpemellemrum. Hovedmellemrummet er formet i en vinkelkonfiguration og monteret vandret for at lette buens udslukning. Et hjælpemellemrum er forbundet i serie under hovedmellemrummet for at forhindre falsk udløsning forårsaget af fremmedlegemer, der short-circuits mellemrummet. På grund af deres svage buenslukningskapacitet, bruges beskyttelsesmellemrum ofte sammen med automatiske genoptagelsesenheder for at forbedre strømforsyningens pålidelighed.

Udløsende (rør-) overgangsundertrykker består af en spark gap inden i en gasproducerende rør, dannet af stav- og ringelektroder. Den inkluderer både interne og eksterne mellemrum. Overgangsundertrykker-røret er lavet af materialer som fiberforstærket fenolharz, der producerer store mængder gas, når de opvarmes. Når der opstår en lynoverspænding, går både interne og eksterne mellemrum ned, hvilket leder lynstrømmen til jorden. Den efterfølgende netfrekvensstrøm skaber en stærk bue, som brænder rørvæggen og producerer højtryks-gas, der udstødes gennem det åbne ende, hvilket hurtigt slukker bogen. Eksterne mellemrum genopretter derefter sin isolation, isolerer overgangsundertrykkeren fra systemet og tillader, at normal drift kan genoptages.

Da udløsende overgangsundertrykkere afhænger af netfrekvensstrøm til at producere gas til buenslukning, kan overdreven kortslutningsstrømme producere for meget gas, hvilket overstiger rørets mekaniske styrke og forårsager brud eller eksplosion. Derfor bruges udløsende overgangsundertrykkere typisk i udendørs installationer.

(3) Mellemrumsfri Metaloksid (Zinkoxid) Overgangsundertrykkere

Også kendt som varistor-overgangsundertrykkere, er disse en moderne type, introduceret i 1970'erne. I forhold til traditionelle siliciumkarbid ventiltypede overgangsundertrykkere har mellemrumsfrie metaloksid overgangsundertrykkere ingen spark gaps og anvender zinkoxid (ZnO) i stedet for siliciumkarbid. De er konstrueret af lagrede ZnO varistorplader med fremragende ikke-lineære spændings-strøm karakteristika: under normal netfrekvensspænding viser de meget høj impedans, effektivt undertrykker leckstrøm; under lynoverspænding falder deres impedans skarpt, hvilket tillader effektiv frigivelse af pulsstrøm.

Metaloksid overgangsundertrykkere tilbyder superiøre beskyttelseskarakteristika, høj frigivelseskapacitet, lav restspænding, kompakt størrelse og nem installation. De anvendes nu bredt til beskyttelse af både høj- og lavspændings elektrisk udstyr.

(4) Mellemrumsmetaloksid (Zinkoxid) Overgangsundertrykkere

Disse består af ZnO resistorplader forbundet i serie med en spark gap indeni en komposit beholder. Mellemrumseenhed indeholder typisk to diskformede elektroder indkapslet i en keramisk ring. De er egnet til ikke-effektivt jordet neutralsystemer. Under enfas-til-jord fejl eller bue-jord, kan alvorlige transiente overspændinger af lang varighed opstå, som mellemrumsfrie ZnO overgangsundertrykkere måske ikke kan modstå. Mellemrumsmetaloksid overgangsundertrykkere overkommer denne begrænsning: under moderate overspændinger som enfas-jord eller lavt-niveau bue-jord, forbliver seriemellemrummet inaktiv, isolerer overgangsundertrykkeren fra systemet.

Når overspændingen overstiger en tærskel, springer mellemrummet over, og de fremragende ikke-lineære karakteristika af ZnO-pladerne begrænser restspændingen på overgangsundertrykkeren. Den resulterende følgestrøm er meget lille og let afbrudt, hvilket giver pålidelig isolationsbeskyttelse for transfomatorer og andet udstyr.

Testpunkter og Standarder for Overgangsundertrykkere

(1) Måling af Isolationsresistans

Brug en megaohmmeter på 2500 V eller højere. For overgangsundertrykkere med en nominel spænding på 35 kV og ovenover, bør isolationsresistansen være mindst 2500 MΩ; for dem under 35 kV, mindst 1000 MΩ.

(2) Måling af DC Spænding ved 1 mA og Leckstrøm ved 75% af denne Spænding

Anbring en DC-spænding på overgangsundertrykkeren. Når spændingen stiger, stiger leckstrømmen gradvist. Notér spændingsværdien, når strømmen når 1 mA. Reducér derefter spændingen til 75% af denne værdi og notér leckstrømmen, som ikke bør overstige 50 μA.

(3) AC Leckstrøm under Driftsspænding

Mål den samlede strøm, resistive strøm eller strømtab under driftsspænding. De målte værdier bør ikke vise betydelige ændringer i forhold til de initiale værdier. Hvis resistive strøm fordobles, skal overgangsundertrykkeren deenergiseres for inspektion.
Hvis resistive strøm stiger til 150% af den initielle værdi, bør overvågningscyklussen passende forkortes.

Disse tester kan detektere defekter som fugtindtrængen eller aldring af overgangsundertrykkerens ventilblokke, overfladekrak, og isoleringsforringelse.