کارکرد آرامسازها
وقتی که برقآذری از طریق خطوط هوایی برق وارد زیرстан یا ساختمانهای دیگر میشود، میتواند باعث شلیک یا حتی سوراخ کردن عایق تجهیزات الکتریکی شود. بنابراین، اگر یک دستگاه محافظ به نام آرامساز در موازی با ورودی برق تجهیزات (همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است) متصل شود، هنگامی که ولتاژ بیش از حد به سطح عملکرد پیشبینی شده برسد، فوراً فعال خواهد شد.
آرامساز انرژی اضافی را تخلیه میکند، افزایش ولتاژ را محدود میکند و عایق تجهیزات را محافظت میکند. پس از برگشت ولتاژ به حالت عادی، آرامساز سریعاً به حالت اولیه خود بازمیگردد و اطمینان از ادامه تأمین برق به سیستم را میدهد.
کارکرد محافظ آرامساز بر اساس سه شرط اساسی است:
هماهنگی صحیح بین مشخصه ولتاژ-ثانیه آرامساز و عایق محافظ شده.
ولتاژ باقیمانده آرامساز باید کمتر از قدرت تحمل ضربهای عایق محافظ شده باشد.
عایق محافظ شده باید در محدوده حفاظت آرامساز باشد.
شرایط لازم برای آرامسازها:
باید در شرایط عملکرد عادی تخلیه نکند، اما باید در حوادث ولتاژ بیش از حد به درستی و قابل اعتماد تخلیه کند.
باید دارای توانایی بازیابی خودکار پس از تخلیه (یعنی بازگشت به حالت مقاومت بالا و خاموش کردن جریان پیرو) باشد.
پارامترهای کلیدی آرامسازها:
ولتاژ عملکرد مداوم: ولتاژ عملکرد بلندمدت مجاز. باید مساوی یا بیشتر از ولتاژ ماکزیمم فاز-به-زمین سیستم باشد.
ولتاژ اسمی (کیلوولت): ولتاژ متناوب کوتاهمدت مجاز (همچنین به عنوان ولتاژ خاموش کردن قوس معروف است). آرامساز میتواند تحت این ولتاژ عمل کند و قوس را خاموش کند، اما نمیتواند به طور مداوم در این سطح عمل کند. این یک پارامتر اساسی برای طراحی، مشخصات و ساختار آرامساز است.
مشخصه تحمل ولتاژ-ثانیه تناوبی: نشاندهنده توانایی آرامساز اکسید فلزی (مانند ZnO) در تحمل ولتاژ بیش از حد تحت شرایط مشخص شده است.
جریان تخلیه اسمی (کیلوآمپر): مقدار پیک جریان تخلیه که برای طبقهبندی آرامسازها استفاده میشود. برای سیستمهای ۲۲۰ کیلوولت و پایینتر، نباید بیش از ۵ کیلوآمپر باشد.
ولتاژ باقیمانده: ولتاژی که در طرفین آرامساز ظاهر میشود هنگامی که با جریان ضربهای مواجه میشود. میتوان آن را به عنوان ولتاژ ماکزیممی که آرامساز میتواند در طی رویداد تخلیه تحمل کند درک کرد.
نوعها و ساختار آرامسازها
نوعهای رایج آرامسازها شامل آرامسازهای شیری، لولهای، فاصلههای محافظ و آرامسازهای اکسید فلزی هستند.
(۱) آرامسازهای شیری
آرامسازهای شیری به دو دسته اصلی تقسیم میشوند: شیری معمولی و شیری مغناطیسی. نوع معمولی شامل سریهای FS و FZ است؛ نوع مغناطیسی شامل سریهای FCD و FCZ است.
نمادهای موجود در نام مدل به معنای زیر است:
F – آرامساز شیری؛
S – برای سیستمهای توزیع؛
Z – برای زیرستانها؛
Y – برای خطوط انتقال؛
D – برای ماشینهای چرخان؛
C – با فاصله تخلیه مغناطیسی.
آرامساز شیری از فاصلههای شعلهای تخت در سری با دیسکهای مقاومت کاربید سیلیس (SiC) (بلوکهای شیر) تشکیل شده است که در داخل یک پوشش سرامیکی بسته شدهاند و با پیچهای انتهایی خارجی برای نصب. مقاومت کاربید سیلیس ویژگیهای غیرخطی دارد: در ولتاژ عادی مقاومت بالایی دارد که در ولتاژ بیش از حد به طور قابل توجهی کاهش مییابد.
در ولتاژ تناوبی عادی، فاصلههای شعلهای غیرهادی هستند. وقتی که ولتاژ بیش از حد برقآذری رخ میدهد، فاصلههای شعلهای خراب میشوند. مقاومت دیسکهای SiC به طور قابل توجهی کاهش مییابد و اجازه میدهد تا جریان برقآذری بالا به طور ایمن به زمین جریان یابد. پس از این ضربه، دیسکهای SiC مقاومت بالایی را نسبت به جریان پیرو تناوبی ارائه میدهند، در حالی که فاصلههای شعلهای این جریان را میقطع کرده و عملکرد عادی سیستم را بازگردانده میکنند. این رفتار شبیه یک "شیر" است - باز برای جریان برقآذری و بسته برای جریان تناوبی - بنابراین نام "آرامساز شیری" را به خود اختصاص داده است.
(۲) فاصلههای محافظ و آرامسازهای لولهای (طردی)
فاصلههای محافظ سادهترین شکل محافظت از برقآذری هستند. معمولاً از فولاد دایرهای رویدار ساخته میشوند و شامل یک فاصله اصلی و یک فاصله کمکی هستند. فاصله اصلی به شکل زاویهای شکل گرفته و به صورت افقی نصب میشود تا تسهیل در خاموش کردن قوس را فراهم کند. یک فاصله کمکی در زیر فاصله اصلی به صورت سری متصل شده است تا از فعال شدن نادرست ناشی از تزریق اجسام خارجی جلوگیری کند. به دلیل توانایی ضعیف خاموش کردن قوس، فاصلههای محافظ معمولاً با دستگاههای بازبستن خودکار ترکیب میشوند تا قابلیت اطمینان تأمین برق را بهبود بخشند.
آرامساز لولهای (طردی) شامل یک فاصله شعلهای در داخل یک لوله تولید گاز، تشکیل شده از الکترودهای میلهای و حلقهای است. این شامل فاصلههای داخلی و خارجی است. لوله آرامساز از موادی مانند رزین فنولی تقویت شده با فیبر ساخته شده است که در دمای بالا حجم زیادی گاز تولید میکنند. هنگامی که ولتاژ بیش از حد برقآذری رخ میدهد، هر دو فاصله داخلی و خارجی خراب میشوند و جریان برقآذری را به زمین هدایت میکنند. جریان تناوبی بعدی قوس قویای را ایجاد میکند که دیواره لوله را میسوزاند و گاز با فشار بالا را از طریق سمت باز لوله خارج میکند و قوس را به سرعت خاموش میکند. سپس فاصله خارجی عایق خود را بازگردانده و آرامساز را از سیستم جدا میکند و اجازه میدهد عملکرد عادی ادامه یابد.
چون آرامسازهای طردی به جریان تناوبی برای تولید گاز برای خاموش کردن قوس تکیه میکنند، جریانهای کوتاهمداری بیش از حد میتوانند گاز زیادی تولید کنند که فراتر از قدرت مکانیکی لوله باشد و منجر به پارگی یا انفجار شود. بنابراین، آرامسازهای طردی معمولاً در نصبهای خارجی استفاده میشوند.
(۳) آرامسازهای اکسید فلزی بدون فاصله (اکسید روی)
همچنین به عنوان آرامسازهای واریستور شناخته میشوند، این نوع مدرن در دهه ۱۹۷۰ معرفی شد. در مقایسه با آرامسازهای شیری سیلیس کاربید سنتی، آرامسازهای اکسید فلزی بدون فاصله هیچ فاصله شعلهای ندارند و از اکسید روی (ZnO) به جای سیلیس کاربید استفاده میکنند. آنها از دیسکهای واریستور ZnO پشت سر هم ساخته شدهاند که ویژگیهای ولتاژ-جریان غیرخطی بسیار خوبی دارند: در ولتاژ تناوبی عادی، مقاومت بسیار بالایی دارند که جریان نشتی را مؤثر میکاهند؛ در ولتاژ بیش از حد برقآذری، مقاومت آنها به طور قابل توجهی کاهش مییابد و اجازه میدهد تا جریان ضربهای به طور موثر تخلیه شود.
آرامسازهای اکسید فلزی ویژگیهای محافظتی برتر، ظرفیت تخلیه بالا، ولتاژ باقیمانده کم، اندازه کوچک و نصب آسان را دارند. این آرامسازها اکنون به طور گستردهای برای محافظت از تجهیزات الکتریکی با ولتاژ بالا و پایین استفاده میشوند.
(۴) آرامسازهای اکسید فلزی با فاصله (اکسید روی)
این آرامسازها شامل دیسکهای مقاومت ZnO که به صورت سری با یک فاصله شعلهای در داخل یک پوشش مرکب متصل شدهاند. واحد فاصله معمولاً شامل دو الکترود دیسکمانند در داخل یک حلقه سرامیک است. آنها برای سیستمهای نیمهفعال زمیندار مناسب هستند. در طی خطاها یکفازی به زمین یا زمینگذاری قوسی، ولتاژ بیش از حد موقتی با طولانی مدت میتواند رخ دهد که آرامسازهای بدون فاصله ZnO ممکن است تحمل نکنند. آرامسازهای ZnO با فاصله این محدودیت را غلبه میکنند: در ولتاژ بیش از حد متوسط مانند خطا یکفازی یا زمینگذاری قوسی کمسطح، فاصله سری غیرفعال میماند و آرامساز را از سیستم جدا میکند.
هنگامی که ولتاژ بیش از حد فراتر از یک آستانه برسد، فاصله شعلهای خراب میشود و ویژگیهای غیرخطی بسیار خوب دیسکهای ZnO ولتاژ باقیمانده را در طول آرامساز محدود میکند. جریان پیرو ناشی از این حالت بسیار کم است و به راحتی قطع میشود، که محافظت عایق قابل اعتماد برای ترانسفورماتورها و تجهیزات دیگر را فراهم میکند.
آزمونها و استانداردهای آرامسازها
(۱) اندازهگیری مقاومت عایق
از مگاهممتر ۲۵۰۰ وات یا بالاتر استفاده کنید. برای آرامسازهای با ولتاژ اسمی ۳۵ کیلوولت و بالاتر، مقاومت عایق باید کمتر از ۲۵۰۰ مگاهم نباشد؛ برای آرامسازهای زیر ۳۵ کیلوولت، کمتر از ۱۰۰۰ مگاهم نباشد.
(۲) اندازهگیری ولتاژ مستقیم در ۱ میلیآمپر و جریان نشتی در ۷۵٪ این ولتاژ
ولتاژ مستقیم به آرامساز اعمال میشود. با افزایش ولتاژ، جریان نشتی به تدریج افزایش مییابد. ولتاژ را در زمانی که جریان به ۱ میلیآمپر برسد ثبت کنید. سپس ولتاژ را به ۷۵٪ این مقدار کاهش دهید و جریان نشتی را ثبت کنید که نباید بیش از ۵۰ میکروآمپر باشد.
(۳) جریان نشتی متناوب تحت ولتاژ عملکرد
جریان کل، جریان مقاوم یا تلفات برق را تحت ولتاژ عملکرد اندازهگیری کنید. مقادیر اندازهگیری شده نباید تغییر قابل توجهی نسبت به مقادیر اولیه داشته باشند. اگر جریان مقاوم دوبرابر شود، آرامساز باید برای بازرسی خاموش شود.
اگر جریان مقاوم به ۱۵۰٪ مقدار اولیه برسد، دوره نظارت باید به طور مناسب کوتاه شود.
