Λειτουργία των Προστατευτών Καταιγίδων
Όταν η υπερτάση που προκαλείται από καταιγίδα μεταδίδεται κατά μήκος των εναέριων ηλεκτρικών γραμμών σε μια υποσταθμό ή άλλα κτίρια, μπορεί να προκαλέσει διάβρωση ή ακόμη και τρύπηση της απομόνωσης των ηλεκτρικών εξοπλισμών. Συνεπώς, αν ένα προστατευτικό συστημα - γνωστό ως προστατευτής καταιγίδων - είναι συνδεδεμένο παράλληλα στην είσοδο ενέργειας του εξοπλισμού (όπως φαίνεται στο Σχήμα 1), θα ενεργοποιηθεί αμέσως όταν η υπερτάση φθάσει στο προεπιλεγμένο επίπεδο λειτουργίας.
Ο προστατευτής διαφορίζει την υπερβολική ενέργεια, περιορίζοντας την υπερτάση και προστατεύοντας την απομόνωση του εξοπλισμού. Όταν η τάση επιστρέφει στο φυσιολογικό επίπεδο, ο προστατευτής καταιγίδων επαναφέρεται γρήγορα στην αρχική του κατάσταση, εξασφαλίζοντας ώστε το σύστημα να μπορεί να συνεχίσει τη φυσιολογική παροχή ενέργειας.
Η προστατευτική λειτουργία ενός προστατευτή καταιγίδων βασίζεται σε τρία προϋποθέσεις:
Κατάλληλη συντονισμός μεταξύ της χαρακτηριστικής ισοχρόνων του προστατευτή και της προστατευόμενης απομόνωσης.
Η υπολοίπωση τάσης του προστατευτή πρέπει να είναι χαμηλότερη από την αντοχή της προστατευόμενης απομόνωσης σε ένταση.
Η προστατευόμενη απομόνωση πρέπει να είναι εντός της προστατευτικής απόστασης του προστατευτή.
Απαιτήσεις για προστατευτές καταιγίδων:
Δεν πρέπει να διαφορίζει κατά την φυσιολογική λειτουργία, αλλά πρέπει να διαφορίζει σωστά και αξιόπιστα κατά τη διάρκεια γεγονότων υπερτάσης.
Πρέπει να διαθέτει δυνατότητα αυτοανάκτησης μετά τη διάφορο (δηλαδή να επιστρέψει στην κατάσταση υψηλής αντίστασης και να εξαλείψει τον ακολουθικό ρεύμα).
Βασικοί παράμετροι προστατευτών καταιγίδων:
Συνεχής λειτουργική τάση: Η επιτρεπτή μακροχρόνια λειτουργική τάση. Θα πρέπει να είναι ίση ή μεγαλύτερη από τη μέγιστη φασική τάση σε σχέση με τη γη.
Ρυθμισμένη τάση (kV): Η μέγιστη επιτρεπτή μικρή διάρκειας τάση πλάτους (επίσης γνωστή ως τάση εξαφάνισης του τόξου). Ο προστατευτής μπορεί να λειτουργήσει και να εξαφανίσει το τόξο υπό αυτή την τάση, αλλά δεν μπορεί να λειτουργήσει μακροχρόνια σε αυτό το επίπεδο. Είναι θεμελιώδης παράμετρος για τον σχεδιασμό, τις ιδιότητες και τη δομή του προστατευτή.
Χαρακτηριστική αντοχής σε ισοχρόνους τάσης: Εκφράζει την ικανότητα ενός μεταλλικού οξειδίου (π.χ. ZnO) προστατευτή να αντέχει υπερτάσεις υπό καθορισμένες συνθήκες.
Νομική τροχιά ρεύματος (kA): Το κορυφαίο ρεύμα που χρησιμοποιείται για την ταξινόμηση των προστατευτών. Για συστήματα 220 kV και κάτω, δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 5 kA.
Υπολοίπωση τάσης: Η τάση που εμφανίζεται στα κατωτέρω του προστατευτή όταν υπόκειται σε ρεύμα πλήξης. Μπορεί επίσης να κατανοηθεί ως η μέγιστη τάση που μπορεί να αντέξει ο προστατευτής κατά τη διάφορο.
Τύποι και Δομή Προστατευτών Καταιγίδων
Κοινοί τύποι προστατευτών καταιγίδων περιλαμβάνουν τους προστατευτές με βάλβες, τους προστατευτές με τύβειο, τις προστατευτικές διαστάσεις και τους μεταλλικοί οξειδίου προστατευτές.
(1) Προστατευτές με βάλβες
Οι προστατευτές με βάλβες χωρίζονται κυρίως σε δύο κατηγορίες: συμβατικοί με βάλβες και μαγνητικοί με βάλβες. Οι συμβατικοί περιλαμβάνουν τις σειρές FS και FZ, ενώ οι μαγνητικοί περιλαμβάνουν τις σειρές FCD και FCZ.
Οι σύμβολοι στην ονομασία του μοντέλου αντιπροσωπεύουν:
F – Προστατευτής με βάλβες;
S – Για διανομικά συστήματα;
Z – Για υποσταθμούς;
Y – Για γραμμές μεταφοράς;
D – Για περιστρεφόμενα μηχανήματα;
C – Με μαγνητική διαστάση διαφορίσεως.
Ένας προστατευτής με βάλβες αποτελείται από επίπεδες διαστάσεις σε σειρά με δίσκους αντιστάτη σιλικίου καρβίδου (SiC) (βλόκες βαλβίδων), σφραγισμένες μέσα σε εγκάρδιο περίβλημα, με εξωτερικά τερματικά βολτς για εγκατάσταση. Ο αντιστάτης SiC εκφράζει μη γραμμικές ιδιότητες: έχει υψηλή αντίσταση υπό φυσιολογική τάση, η οποία μειώνεται αιφνιδιαστικά κατά τη διάρκεια υπερτάσης.
Κατά τη φυσιολογική τάση, οι διαστάσεις παραμένουν μη ηλεκτρολιτή. Όταν συμβαίνει μια υπερτάση καταιγίδας, οι διαστάσεις διασπούνται. Η αντίσταση των δίσκων SiC μειώνεται σημαντικά, επιτρέποντας στο υψηλό ρεύμα καταιγίδας να εκκαθαρίζεται ασφαλώς στη γη. Μετά την πλήξη, οι δίσκοι SiC παρουσιάζουν υψηλή αντίσταση στο ακολουθικό ρεύμα, ενώ οι διαστάσεις διακόπτουν αυτό το ρεύμα, επαναφέροντας τη φυσιολογική λειτουργία του συστήματος. Αυτή η συμπεριφορά ανοίγματος-κλεισίματος μοιάζει με μια "βάλβη"—άνοιγμα για το ρεύμα καταιγίδας και κλείσιμο για το ρεύμα πλάτους—και από εδώ ο όρος "προστατευτής με βάλβες".
(2) Προστατευτικές Διαστάσεις και Προστατευτές με Τύβειο
Οι προστατευτικές διαστάσεις είναι η απλούστερη μορφή προστασίας από καταιγίδες. Συνήθως κατασκευάζονται από χαλκοπλαστικό στελέχη, περιλαμβάνοντας μια κύρια διάσταση και μια βοηθητική διάσταση. Η κύρια διάσταση έχει τριγωνική μορφή και είναι εγκατεστημένη οριζόντια για να ενισχυθεί η εξαφάνιση του τόξου. Μια βοηθητική διάσταση συνδέεται σε σειρά κάτω από την κύρια διάσταση για να εμποδίσει την εκτροχιάστηκη λόγω αντικειμένων που μπορεί να συνδέσουν τη διάσταση. Λόγω της αδύναμης ικανότητας εξαφάνισης τόξου, οι προστατευτικές διαστάσεις συνήθως χρησιμοποιούνται σε συνδυασμό με αυτόματα συστήματα ανασύνδεσης για τη βελτίωση της αξιοπιστίας της παροχής ενέργειας.
Ο προστατευτής με τύβειο αποτελείται από μια διάσταση μέσα σε ένα τύβειο που παράγει αέριο, σχηματισμένο από στέλεχη και δακτύλια ηλεκτρόδων. Περιλαμβάνει και εσωτερικές και εξωτερικές διαστάσεις. Το τύβειο του προστατευτή είναι κατασκευασμένο από υλικά όπως φαινολικό πλαστικό με αναδυόμενα άνθρακα που παράγουν μεγάλες ποσότητες αερίων όταν ζεσταίνονται. Όταν συμβαίνει μια υπερτάση καταιγίδας, και οι εσωτερικές και οι εξωτερικές διαστάσεις διασπούνται, διασπείροντας το ρεύμα καταιγίδας στη γη. Το ακολουθικό ρεύμα πλάτους παράγει ένα ισχυρό τόξο, το οποίο καίει τον τοίχο του τύβειου και παράγει υψηλή πίεση αέρια, η οποία αποβάλλεται από το ανοιχτό άκρο, εξαφανίζοντας ταχύ το τόξο. Η εξωτερική διάσταση επαναφέρει την απομόνωσή της, απομονώνοντας τον προστατευτή από το σύστημα και επιτρέποντας την επανάληψη της φυσιολογικής λειτουργίας.
Επειδή οι προστατευτές με τύβειο εξαρτώνται από το ρεύμα πλάτους για την παραγωγή αερίων για την εξαφάνιση του τόξου, υπερβολικά μικρά ρεύματα σύνδεσης μπορεί να παράγουν πολύ αέριο, υπερβαίνοντας την μηχανική αντοχή του τύβειου και προκαλώντας σπασίματα ή εκρήξεις. Συνεπώς, οι προστατευτές με τύβειο συνήθως χρησιμοποιούνται σε εξωτερικές εγκαταστάσεις.
(3) Προστατευτές μεταλλικού οξειδίου (Ζινκ Οξειδίου) χωρίς διαστάσεις
Επίσης γνωστοί ως προστατευτές varistor, αυτοί είναι ένα σύγχρονο είδος που παρουσιάστηκε τη δεκαετία του '70. Σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς προστατευτές με βάλβες σιλικίου καρβίδου, οι προστατευτές μεταλλικού οξειδίου χωρίς διαστάσεις δεν έχουν διαστάσεις και χρησιμοποιούν ζινκ οξειδίου (ZnO) αντί για σιλικίου καρβίδου. Κατασκευάζονται από στοίβες δίσκων varistor ZnO με εξαιρετικές μη γραμμικές ιδιότητες τάση-ρεύμα: υπό φυσιολογική τάση, παρουσιάζουν πολύ υψηλή αντίσταση, αποτελεσματικά περιορίζοντας το ρεύμα διαρροής, κατά τη διάρκεια υπερτάσεων καταιγίδων, η αντίσταση τους μειώνεται αιφνιδιαστικά, επιτρέποντας την αποτελεσματική διάφορο του ρεύματος πλήξης.
Οι προστατευτές μεταλλικού οξειδίου προσφέρουν εξαιρετικές προστατευτικές ιδιότητες, υψηλή δυνατότητα διάφορου, χαμηλή υπολοίπωση τάσης, συμπαγή μέγεθος και εύκολη εγκατάσταση. Χρησιμοποιούνται πλέον ευρέως για την προστασία τόσο υψηλής όσο και χαμηλής τάσης ηλεκτρικών εξοπλισμών.
(4) Προστατευτές μεταλλικού οξειδίου (Ζινκ Οξειδίου) με διαστάσεις
Αυτοί αποτελούνται από δίσκους αντιστάτη ZnO σε σειρά με μια διάσταση μέσα σε ένα σύνθετο περίβλημα. Το μονάδα διάστασης συνήθως περιλαμβάνει δύο δίσκους ηλεκτρόδων εγκλωβισμένους σε έναν κεραμικό δακτύλιο. Είναι κατάλληλοι για συστήματα μη αποτελεσματικά συνδεδεμένης ουδετερότητας. Κατά τη διάρκεια μονοφασικών συνδέσεων με τη γη ή χαμηλού επιπέδου τόξου συνδέσεων, μπορεί να παρατηρηθούν σοβαρές προσωρινές υπερτάσεις μεγάλης διάρκειας, οι οποίες οι προστατευτές μεταλλικού οξ
