Bakit Gumamit ng Surge Arresters? Pangunahing Pamamaraan at Benepisyo
Pangunguna ng Surge Arresters
Kapag ang lightning-induced overvoltage ay lumipas sa overhead power lines patungo sa isang substation o iba pang mga gusali, maaari itong magdulot ng flashovers o kahit na makasira sa insulation ng electrical equipment. Kaya, kung isang protective device—na kilala bilang surge arrester—ay konektado sa parallel sa power inlet ng equipment (tulad ng ipinapakita sa Figure 1), ito ay agad na aktibo kapag ang overvoltage ay umabot sa preset operating level.
Ang arrester ay inililipat ang sobrang enerhiya, naglimita ng voltage surge at nagprotekta sa insulation ng equipment. Kapag bumalik na ang voltage sa normal, ang surge arrester ay mabilis na bumabalik sa orihinal na estado nito, nagse-ensure na ang sistema ay maaaring magpatuloy sa normal na power supply.
Ang protective function ng isang surge arrester ay batay sa tatlong prerequisites:
Proper coordination sa pagitan ng volt-second characteristic ng arrester at ng protected insulation.
Ang residual voltage ng arrester ay dapat mas mababa kaysa sa impulse withstand strength ng protected insulation.
Ang protected insulation ay dapat nasa loob ng protective distance ng arrester.
Mga requirements para sa surge arresters:
Hindi ito dapat mag-discharge sa normal operating conditions, ngunit dapat tama at reliable na mag-discharge sa panahon ng overvoltage events.
Dapat may self-recovery capability pagkatapos ng discharge (i.e., bumalik sa high-impedance state at i-extinguish ang follow current).
Key parameters ng surge arresters:
Continuous operating voltage: Ang pinahihintulutan na long-term operating voltage. Dapat itong equal o mas malaki kaysa sa maximum phase-to-ground voltage ng sistema.
Rated voltage (kV): Ang maximum allowable short-time power frequency voltage (kilala rin bilang arc extinguishing voltage). Ang arrester ay maaaring gumana at i-extinguish ang arc sa ilalim ng voltage na ito, ngunit hindi maaaring magpatuloy sa long-term operation sa antas na ito. Ito ay isang fundamental parameter para sa disenyo, characteristics, at structure ng arrester.
Power frequency withstand volt-second characteristic: Nagpapakita ng kakayahang ng metal-oxide (halimbawa, ZnO) arrester na tanggapin ang overvoltages sa ilalim ng specified conditions.
Nominal discharge current (kA): Ang peak value ng discharge current na ginagamit para sa classification ng arrester ratings. Para sa mga sistema 220 kV pababa, hindi ito dapat lampa sa 5 kA.
Residual voltage: Ang voltage na lumilitaw sa terminals ng arrester kapag exposed sa surge current. Maaari ring intindihin ito bilang ang maximum voltage na maaaring tanggapin ng arrester sa panahon ng discharge event.
Mga Uri at Structure ng Surge Arresters
Ang karaniwang mga uri ng surge arresters ay kinabibilangan ng valve-type, tube-type, protective gaps, at metal-oxide arresters.
(1) Valve-Type Surge Arresters
Ang valve-type arresters ay pangunahing nahahati sa dalawang kategorya: conventional valve-type at magnetic-blow valve-type. Ang conventional type ay kasama ang FS at FZ series; ang magnetic-blow type ay kasama ang FCD at FCZ series.
Ang simbolo sa model designation ay nangangahulugan ng:
F – Valve-type arrester;
S – Para sa distribution systems;
Z – Para sa substations;
Y – Para sa transmission lines;
D – Para sa rotating machines;
C – May magnetic-blow discharge gap.
Ang valve-type arrester ay binubuo ng flat spark gaps sa series sa silicon carbide (SiC) resistor discs (valve blocks), sealed sa loob ng porcelain housing, may external terminal bolts para sa installation. Ang silicon carbide resistor ay nagpapakita ng nonlinear characteristics: ito ay may mataas na resistance sa normal voltage, na bumababa nang malaking bahagi sa panahon ng overvoltage.
Sa normal power frequency voltage, ang spark gaps ay nananatiling non-conductive. Kapag nangyari ang lightning overvoltage, ang spark gaps ay nabubuksan. Ang resistance ng SiC blocks ay bumababa nang malaki, nagpapahintulot sa mataas na lightning current na lumingon nang ligtas sa lupa. Pagkatapos ng surge, ang SiC blocks ay nagpapakita ng mataas na resistance sa power frequency follow current, habang ang spark gaps ay nag-i-interrupt ng current na ito, nagrereset ng normal na operasyon ng sistema. Ang on-off behavior na ito ay parang "valve"—open para sa lightning current at closed para sa power frequency current—kaya ang pangalan "valve-type" arrester.
(2) Protective Gaps at Expulsion (Tube) Arresters
Ang protective gaps ay ang pinakamadaling anyo ng lightning protection. Karaniwang gawa ito ng galvanized round steel, binubuo ng main gap at auxiliary gap. Ang main gap ay may angular configuration at nakalagay horizontally para mapadali ang arc extinction. Ang auxiliary gap ay konektado sa series sa ilalim ng main gap upang maiwasan ang false triggering dahil sa foreign objects na nag-short circuit ng gap. Dahil sa kanilang mahina na arc-quenching capability, ang protective gaps ay karaniwang ginagamit kasama ng automatic reclosing devices upang mapabuti ang reliability ng power supply.
Ang expulsion (tube-type) arrester ay binubuo ng spark gap na naka-house sa gas-generating tube, na binubuo ng rod at ring electrodes. Ito ay kasama ng internal at external gaps. Ang arrester tube ay gawa ng materyales tulad ng fiber-reinforced phenolic resin na nagpapagawa ng malaking volume ng gas kapag init. Kapag nangyari ang lightning overvoltage, ang parehong internal at external gaps ay nabubuksan, inirereroute ang lightning current sa lupa. Ang sumunod na power frequency current ay nagpapagawa ng strong arc, na nagpapaso sa tube wall at nagpapagawa ng high-pressure gas na inililipat sa open end, mabilis na nag-eextinguish ng arc. Ang external gap ay bumabalik sa kanyang insulation, inii-isolate ang arrester mula sa sistema at pinapayagan ang normal na operasyon na magsimula muli.
Dahil ang expulsion arresters ay umaasa sa power frequency current para mag-produce ng gas para sa arc extinction, ang excessive short-circuit currents ay maaaring gumawa ng masyadong dami ng gas, lumampas sa mechanical strength ng tube at nagdudulot ng rupture o explosion. Kaya, ang expulsion arresters ay karaniwang ginagamit sa outdoor installations.
(3) Gapless Metal-Oxide (Zinc Oxide) Surge Arresters
También known bilang varistor arresters, ito ay isang modernong tipo na ipinakilala noong 1970s. Sa paghahambing sa traditional silicon carbide valve-type arresters, ang gapless metal-oxide arresters ay walang spark gaps at gumagamit ng zinc oxide (ZnO) sa halip na silicon carbide. Binubuo ito ng stacked ZnO varistor discs na may excellent nonlinear voltage-current characteristics: sa normal power frequency voltage, ito ay nagpapakita ng napakataas na resistance, effectively suppressing leakage current; sa lightning overvoltage, ang resistance nito ay bumababa nang malaki, allowing efficient discharge of surge current.
Ang metal-oxide arresters ay nagbibigay ng superior protection characteristics, high discharge capacity, low residual voltage, compact size, at madali na installation. Widespread na ginagamit ito ngayon para sa protection ng both high- at low-voltage electrical equipment.
(4) Gapped Metal-Oxide (Zinc Oxide) Surge Arresters
Ito ay binubuo ng ZnO resistor discs na konektado sa series sa spark gap sa loob ng composite housing. Ang gap unit ay karaniwang may dalawang disc-shaped electrodes na nakalagay sa ceramic ring. Ito ay suitable para sa non-effectively grounded neutral systems. Sa panahon ng single-phase-to-ground faults o arc grounding, maaaring magkaroon ng severe transient overvoltages ng matagal na duration, na maaaring hindi matiis ng gapless ZnO arresters. Ang gapped ZnO arresters ay nangangalampasan ang limitation na ito: sa moderate overvoltages tulad ng single-phase grounding o low-level arc grounding, ang series gap ay nananatiling inactive, inii-isolate ang arrester mula sa sistema.
Kapag ang overvoltage ay lumampas sa threshold, ang gap sparks over, at ang excellent nonlinear characteristics ng ZnO blocks ay nag-limit ng residual voltage sa arrester. Ang resulting follow current ay napakaliit at madali na interrupt, providing reliable insulation protection para sa transformers at iba pang equipment.
Mga Test Items at Standards para sa Surge Arresters
(1) Insulation Resistance Measurement
Gumamit ng megohmmeter na 2500 V o mas mataas. Para sa arresters na rated 35 kV pataas, ang insulation resistance ay dapat hindi bababa sa 2500 MΩ; para sa mga below 35 kV, hindi bababa sa 1000 MΩ.
(2) Measurement ng DC Voltage sa 1 mA at Leakage Current sa 75% ng Voltage na Ito
I-apply ang DC voltage sa arrester. Habang tumataas ang voltage, ang leakage current ay unti-unting tumataas. I-record ang voltage value kapag ang current ay umabot sa 1 mA. Pagkatapos, i-reduce ang voltage sa 75% ng value na ito at i-record ang leakage current, na hindi dapat lampa sa 50 μA.
(3) AC Leakage Current sa Operating Voltage
I-measure ang total current, resistive current, o power loss sa operating voltage. Ang measured values ay dapat walang significant change sa initial values. Kung ang resistive current ay double, ang arrester ay dapat i-de-energize para sa inspection.
Kung ang resistive current ay tumataas sa 150% ng initial value, ang monitoring cycle ay dapat ma-abbreviate nang appropriate.
Ang mga test na ito ay maaaring detekto ang mga defect tulad ng moisture ingress o aging ng arrester valve blocks, surface cracks, at insulation deterioration.
