Miksi käyttää ylikirjoitusvarmistimia? Avaintoiminnot ja edut

Valokappaleiden toiminta

Kun salaman aiheuttama ylivoltti kulkee ilmajohtojen kautta sähköasemalle tai muuhun rakennukseen, se voi aiheuttaa sytyksiä tai jopa vaurioittaa sähkölaitteiden eristystä. Siksi, jos suojalaitteena tunnettu valokappale on kytketty rinnan laitteen (kuvassa 1) virtayhteydelle, se aktivoituu välittömästi, kun ylivoltti saavuttaa ennakkoon asetetun toimintataso.

Valokappale purkaa ylijäämäenergian, rajoittaen volttilipuksen ja suojaen laitteen eristystä. Kun jännite palaa normaaliksi, valokappale nopeasti palautuu alkuperäiseen tilaansa, varmistamalla, että järjestelmä voi jatkaa normaalia sähköntarjontaa.

Valokapalan suojatoiminto perustuu kolmeen edellytykseen:

• Oikea sopimus valokapalan sekunnin-voltti-ominaisuuden ja suojatun eristysominaisuuden välillä.

• Valokapalan jäännös-jännite on oltava pienempi kuin suojatun eristyksen impulssikestokyky.

• Suojattu eristys on oltava valokapalan suojatun etäisyyden sisällä.

• Vaatimukset valokappaleille:

• Se ei saa purkaa normaaleissa toimintatilanteissa, mutta on oltava kykyinen purkaa oikein ja luotettavasti ylivolttitapahtumien aikana.

• Sen on oltava kykyinen itsensä palauttamaan purkamisen jälkeen (eli palata korkean impedanssin tilaan ja sammuttaa jatkovirta).

Valokappaleiden avainparametrit:

• Jatkuva toimintajännite: Sallittu pitkäaikainen toimintajännite. Se tulisi olla yhtä suuri tai suurempi kuin järjestelmän maksimi vaihe-maanjännite.

• Nominatiivinen jännite (kV): Maksimisallittu lyhytaikainen veronvirta-jännite (myös tunnettu kaari-sammutusjännitteeksi). Valokappale voi toimia ja sammuttaa kaaren tämän jännitteen alaisena, mutta ei voi kestää pitkäaikaista toimintaa tällä tasolla. Se on perustavanlaatuinen parametri valokapalan suunnittelulle, ominaisuuksille ja rakenteelle.

• Veronvirta-kestävyyssekunnin-ominaisuus: Osoittaa metallioksidivalokapalan (esim. ZnO) kykyä kestää ylivoltteja määritellyissä olosuhteissa.

• Nominatiivinen purkavirta (kA): Purkavirran huippuarvo, jota käytetään valokapalien luokituksen määrittämiseen. Järjestelmissä 220 kV ja alle se ei saa ylittää 5 kA:ta.

• Jäännös-jännite: Jännite, joka ilmenee valokapalan päätepisteissä, kun sitä kohtaa purkavirta. Sitä voidaan myös ymmärtää valokapalan suurimmaksi kestokykyjännitteeksi purkutapahtuman aikana.

Valokappaleiden tyypit ja rakenne

Yleisiä valokapaleiden tyyppejä ovat venttiili-, putki-, suojavarren- ja metallioksidivalokapalat.

(1) Venttiili-valokapalat

Venttiili-valokapalat jaetaan pääasiassa kahteen luokkaan: tavalliset venttiilityypit ja magneettispähdyt venttiilityypit. Tavalliset tyypit sisältävät FS- ja FZ-sarjan; magneettispähdyt tyypit sisältävät FCD- ja FCZ-sarjan.

Mallimerkinnän symbolit merkitsevät:

• F – Venttiili-valokappale;

• S – Jakeluverkolle;

• Z – Sähköasemalle;

• Y – Siirtolinjoille;

• D – Kierroslaitteille;

• C – Magneettispähdyllä.

Venttiili-valokappale koostuu tasaisista syttyvästä väliöstä sarjakytkennässä siliciumkarbidi (SiC) vastuslevyjen (venttiililevyjen) kanssa, suljetussa porselehin kotelossa, ulkoisilla kiinnityspolttimoilla asennusta varten. Siliciumkarbidivastus esittää epälineaarisia ominaisuuksia: sillä on korkea vastus normaalijännitteen alaisena, joka laskee jyrkästi ylivoltitapahtumien aikana.

Normaalissa veronvirtajännitessä syttyvästä väliöstä pysyy ei-juoksuvana. Kun tapahtuu salaman aiheuttama ylivoltti, syttyvästä väliöstä syttyy. SiC-levyjen vastus laskee merkittävästi, sallien korkean salamavirran kulkea turvallisesti maahan. Syöksyn jälkeen SiC-levyt esittävät korkean vastuksen veronvirtajatkovirta-nykyjälle, kun taas syttyvästä väliöstä keskeytetään tämä virta, palauttaen normaalin järjestelmän toiminnan. Tämä avoin-suljettu käyttäytyminen muistuttaa "venttiiliä"—avoinna salamavirran ja suljettuna veronvirtavirran vuoksi—jonka vuoksi se on nimetty "venttiili-valokappaleeksi".

(2) Suojavarret ja purkuputki-valokapalat

Suojavarret ovat yksinkertaisin salamansuojauksen muoto. Ne tehdään yleensä sinkittyneestä pyöreästä terästä ja koostuvat päävarresta ja apuväristä. Päävarri on muodostettu kulmikkaaseen muotoon ja asennettu vaakasuuntaisesti helpottamaan kaaren sammuttamista. Apuväri on kytketty sarjakytkennässä päävarren alla estämään virheellistä aktivointia vieraiden esineiden aiheuttamana. Heikon kaarisammutuskyvyn vuoksi suojavarret käytetään yleensä automaattisten uudelleenkäynnistyslaitteiden yhteisessä käytössä parantamaan sähköntarjonnan luotettavuutta.

Purkuputki-valokappale koostuu syttyvästä väliöstä, joka on asetettu kaasuntuotannon putken sisään, joka muodostetaan tyhjästä ja rengaselektrodista. Se sisältää sekä sisäisen että ulkoisen välin. Purkuputki on tehty materiaaleista, kuten fibreinforced fenoliharsi, jotka tuottavat suuren määrän kaasua lämpöä vastaan. Kun tapahtuu salaman aiheuttama ylivoltti, molemmat sisäinen ja ulkoinen väli syttyvät, ohjaen salamavirran maahan. Jatkovirta luo voimakkaan kaaren, joka polttaa putken seinää ja tuottaa korkeapaineista kaasua, joka vedetään avoimen päähän, nopeasti sammuttaen kaaren. Ulkoinen väli palautuu sitten eristykseensä, erottaen valokapalan järjestelmästä ja sallien normaalin toiminnan jatkuessa.

Koska purkuputki-valokapalat luottavat veronvirtajatkovirtaan kaasun tuottamiseen kaaren sammuttamiseksi, liian suuret lyhytsulkuvirrat voivat tuottaa liikaa kaasua, ylittäen putken mekaanisen vahvuuden ja aiheuttaen rikkoutumisen tai räjähdyksen. Siksi purkuputki-valokapalat käytetään yleensä ulkona.

(3) Ilman välin metallioksidivalokapalat (sinkioksidivalokapalat)

Tunnettu myös varistorivalokapaleina, nämä ovat moderni tyypi, joka otettiin käyttöön 1970-luvulla. Verrattuna perinteisiin siliciumkarbidiventtiili-valokapaleihin, ilman välin metallioksidivalokapaleissa ei ole syttyvästä väliä ja ne käyttävät sinkioksidia (ZnO) siliciumkarbidin sijaan. Ne on rakennettu ZnO-varistorilevyjen pinosta, joilla on erinomaiset epälineaariset jännite-virta-ominaisuudet: normaalissa veronvirtajännitessä ne esittävät hyvin korkeaa vastusta, tehokkaasti hillitsemällä leviävää virtaa; ylivoltitapahtumien aikana niiden vastus laskee jyrkästi, sallien tehokkaan purkavirran purkautumisen.

Metallioksidivalokapalat tarjoavat erinomaiset suojaukselliset ominaisuudet, korkean purkavirtakapasiteetin, alhaisen jäännös-jännitteen, kompaktin koon ja helpon asennuksen. Niitä käytetään nyt laajasti sekä korkean että matalan jännitteen sähkölaitteiden suojaukseen.

(4) Välinen metallioksidivalokappale (sinkioksidivalokappale)

Nämä koostuvat ZnO-vastuslevyistä, jotka on kytketty sarjakytkennässä syttyvästä väliä sisään kompositikotelossa. Välien yksikkö sisältää yleensä kaksi levymäistä elektroodia, jotka on asetettu keramiikkirengas. Ne soveltuvat epäefektiivisesti maadettuihin neutraaliin järjestelmiin. Yksiphasia maasta tai kaari-maasta aiheutuvissa tilanteissa, joissa voi tapahtua vakavia väliaikaisia ylivoltteja, gapless ZnO-valokapaleet eivät ehkä kestä. Välinen ZnO-valokappale ylittää tämän rajan: kohtuullisissa ylivoltitilanteissa, kuten yksiphasi maasta tai matalan tason kaari-maasta, sarjakytketty väli pysyy passiivisena, erottamalla valokapalan järjestelmästä.

Kun ylivoltti ylittää kynnyksen, väli syttyy, ja ZnO-levyjen erinomaiset epälineaariset ominaisuudet rajoittavat valokapalen jäännös-jännitteen. Tulossa oleva jatkovirta on hyvin pieni ja helposti keskeytetään, tarjoten luotettavan eristys-suojauksen muuntajille ja muille laitteille.

Valokappaleiden testauskohteet ja standardit

(1) Erityksen mittaus

Käytä 2500 V:tä tai sitä suurempaa megohmmimetriaa. Valokapaleille, jotka on arvioitu 35 kV:sta ja ylöspäin, eritys pitäisi olla vähintään 2500 MΩ; alle 35 kV:n, vähintään 1000 MΩ.

(2) 1 mA:n DC-jännitteen ja 75 %:n tästä jännitteestä johtuvan leviävän virran mittaaminen

Anna DC-jännite valokapaleelle. Kun jännite kasvaa, leviävä virta nousee asteittain. Kirjaa jännitteen arvo, kun virta saavuttaa 1 mA. Sitten vähennä jännite 75 %:iin tästä arvosta ja kirjaa leviävä virta, joka ei saa ylittää 50 μA:ta.

(3) AC-leviävä virta toimintajännitteen alaisena

Mittaa kokonaisvirta, vastusvirta tai energiahäviö toimintajännitteen alaisena. Mittaamien arvojen tulisi näyttää merkittäviä muutoksia verrattuna alkuperäisiin arvoihin. Jos vastusvirta kaksinkertaistuu, valokappaleen on de-energisoitava tarkastusta varten.
Jos vastusvirta kasvaa 150 %:iin alkuperäisestä arvosta, valvontakiertoa tulisi lyhentää asianmukaisesti.

Nämä testit voivat havaita puutteita, kuten kosteuden pääsyn, vanhenemisen, pinnan rakoja ja eristyskyvyn heikkenemisen valokapalen venttiililevyissä.