Zašto koristiti zaštite od strujnog udara Ključne funkcije i prednosti

Funkcija zaštitnih uređaja od preopterećenja

Kada preopterećenje izazvano munjama putuje duž nadzemnih električnih vodova u podstanicu ili druge zgrade, može dovesti do iskrsavanja ili čak probijanja izolacije električnog opreme. Stoga, ako se zaštitni uređaj poznat kao zaštitni uređaj od preopterećenja spoji paralelno na ulazu struje za opremu (kao što je prikazano na slici 1), on će odmah aktivirati kada preopterećenje dosegnut predodređeni nivo rada.

Zaštitni uređaj ispušta suvišnu energiju, ograničavajući talas preopterećenja i zaštitivši izolaciju opreme. Kada napon vrati na normalnu razinu, zaštitni uređaj brzo vraća svoj originalni stan, osiguravajući da sustav može nastaviti s normalnom snabdijevanjem strujom.

Zaštitna funkcija zaštitnog uređaja od preopterećenja temelji se na tri preduvjeta:

• Pravilna koordinacija između volt-sekundne karakteristike zaštitnog uređaja i izolacije koje se štiti.

• Ostaci napon na zaštitnom uređaju mora biti niži od impulsnog otpornosti izolacije koje se štiti.

• Izolacija koja se štiti mora biti unutar zaštitnog razmaka zaštitnog uređaja.

• Zahtjevi za zaštitnim uređajima od preopterećenja:

• Ne bi trebao ispuštati struju u normalnim radnim uvjetima, ali mora ispravno i pouzdano ispuštati struju tijekom događaja preopterećenja.

• Mora imati mogućnost samovraćanja nakon ispuštanja (tj. vratiti se u stan visokog otpora i ugasi sljedeću struju).

Ključni parametri zaštitnih uređaja od preopterećenja:

• Neprekidni radni napon: Dopušteni dugotrajni radni napon. Treba biti jednak ili veći od maksimalnog faza-zemlja napona sustava.

• Nominativni napon (kV): Maksimalni dopušteni kratkotrajan napon strujnog frekvencije (poznat i kao napon za gašenje lukove). Zaštitni uređaj može raditi i ugasi lukove pod ovim naponom, ali ne može održavati dugotrajno radnje na toj razini. To je fundamentalni parametar za dizajn, karakteristike i strukturu zaštitnog uređaja.

• Frekvencijska otpornost volt-sekundne karakteristike: Pokazuje sposobnost metal-oksida (npr. ZnO) zaštitnog uređaja da izdrži preopterećenja pod određenim uvjetima.

• Nominalni ispuštni tok (kA): Pik vrijednosti ispuštnog toka koristi se za klasifikaciju ocjena zaštitnog uređaja. Za sustave do 220 kV, ne bi smio premašiti 5 kA.

• Ostaci napon: Napon koji se pojavi na krajevima zaštitnog uređaja kada je izložen talasu struje. Također se može shvatiti kao maksimalni napon koji zaštitni uređaj može izdržati tijekom događaja ispuštanja.

Vrste i struktura zaštitnih uređaja od preopterećenja

Uobičajene vrste zaštitnih uređaja uključuju ventil tip, cjevni tip, zaštitne praznine i metal-oksidi zaštitni uređaji.

(1) Ventil tip zaštitnih uređaja

Ventil tip zaštitni uređaji uglavnom se dijele u dvije kategorije: konvencionalni ventil tip i magnetni ventil tip. Konvencionalni tip uključuje serije FS i FZ; magnetni tip uključuje serije FCD i FCZ.

Simboli u označenju modela znače:

• F – Ventil tip zaštitni uređaj;

• S – Za distribucijske sustave;

• Z – Za podstanice;

• Y – Za prenosne linije;

• D – Za rotacijske strojeve;

• C – Sa magnetnim ispušnim prazninama.

Ventil tip zaštitni uređaj sastoji se od ravne iskrih praznina u seriji s diskovima od silicijevog ugljika (SiC) (ventil blokovi), zapakiran unutar porcelanskih kućišta, s vanjskim terminalnim boltovima za instalaciju. Otpornik od silicijevog ugljika pokazuje nelinearne karakteristike: ima visok otpor pod normalnim naponom, koji se brzo smanjuje tijekom preopterećenja.

Pod normalnim naponom strujnog frekvencije, iskrih praznine ostaju nevodljive. Kada se pojavi preopterećenje izazvano munjom, iskrih praznine se raspadaju. Otpor SiC blokova se značajno smanji, omogućujući siguran protok visokog toka munje na zemlju. Nakon talasa, SiC blokovi predstavljaju visok otpor strujnog frekvencije, dok iskrih praznine prekidaju ovaj tok, vraćajući normalan rad sustava. Ovo ponašanje otvaranja i zatvaranja podseća na "ventil"—otvoreno za tok munje i zatvoreno za strujni frekvenciju—zbog čega se naziva "ventil tip" zaštitni uređaj.

(2) Zaštitne praznine i ispušni (cjevni) zaštitni uređaji

Zaštitne praznine su najjednostavnija forma zaštite od munji. Obično su izrađene od galvaniziranog okruglog čelika, sastoji se od glavne praznine i pomoćne praznine. Glavna praznina je oblikovana u kutastu konfiguraciju i postavljena horizontalno kako bi se olakšalo gašenje luka. Pomoćna praznina je spojena u seriju ispod glavne praznine kako bi se spriječilo lažno aktiviranje zbog stranog materijala koji krati prazninu. Zbog njihove slabe sposobnosti gasenja luka, zaštitne praznine obično se koriste u kombinaciji s automatskim uređajima za ponovno zatvaranje kako bi se poboljšala pouzdanost snabdijevanja strujom.

Ispušni (cjevni) zaštitni uređaj sastoji se od iskrih praznine smještene unutar cijevi generirajuće plin, formirane od štapova i prstenastih elektroda. Uključuje i interne i eksterne praznine. Cijev zaštitnog uređaja izrađena je od materijala poput vlaknastog umjetnog fenol-resorne gume koji proizvode veliku količinu plina kada se zagrijaju. Kada se pojavi preopterećenje izazvano munjom, interne i eksterne praznine se raspadaju, preusmjeravajući tok munje na zemlju. Sljedeći strujni frekvencija stvara jak luk, koji sagori stjenku cijevi i generira visoki tlak plina ispušten kroz otvoreni kraj, brzo gašeći luk. Eksterna praznina tada vraća svoju izolaciju, izolirajući zaštitni uređaj od sustava i omogućujući nastavak normalnog rada.

Budući da ispušni zaštitni uređaji ovisi o strujnom frekvenciji za generiranje plina za gašenje luka, preveliki strujni skokovi mogu proizvesti previše plina, premašujući mehaničku čvrstoću cijevi i uzrokujući pucanje ili eksploziju. Stoga, ispušni zaštitni uređaji obično se koriste u vanjskim instalacijama.

(3) Bezpraznine metal-oksidi (oxid cinka) zaštitni uređaji

Također poznati kao varistor zaštitni uređaji, ova su moderna vrsta uvedena u 1970-ima. U usporedbi s tradicionalnim ventil tip zaštitnim uređajima od silicijevog ugljika, bezpraznine metal-oksidi zaštitni uređaji nemaju iskrih praznine i koriste oxid cinka (ZnO) umjesto silicijevog ugljika. Sastoje se od slojeva diska varistora od ZnO s odličnim nelinearnim karakteristikama napona i struje: pod normalnim naponom strujnog frekvencije, pokazuju vrlo visok otpor, efektivno suprugeći tekućinu; pod preopterećenjem izazvanim munjom, njihov otpor se značajno smanji, omogućujući učinkovito ispuštanje talasa struje.

Metal-oksidi zaštitni uređaji nude superiornu zaštitnu karakteristiku, visoku kapacitet ispuštanja, niski ostaci napon, kompaktnu veličinu i laku instalaciju. Sada su široko upotrebljavani za zaštitu i visokih i niskih naponih električnih oprema.

(4) Sa prazninama metal-oksidi (oxid cinka) zaštitni uređaji

Sastoje se od diskova otpornika od ZnO spojenih u seriju s iskrih prazninama unutar kompozitnog kućišta. Jednotka praznine obično sadrži dva diskasta elektroda ugrađena u keramički prsten. Odgovaraju za sustave sa neefektivno zemljenim neutralnim sistemom. Tijekom jednofaznih preopterećenja ili lukovitog zemljenja, mogu se pojaviti teži privremeni preopterećenja dugačkog trajanja, koje bezpraznine ZnO zaštitni uređaji možda ne mogu izdržati. Sa prazninama ZnO zaštitni uređaji prevladavaju tu ograničenja: pod umjereno preopterećenja, poput jednofaznog zemljenja ili niskog razina lukovitog zemljenja, serija praznine ostaje neaktivna, izolirajući zaštitni uređaj od sustava.

Kada preopterećenje premaši prag, praznina iskriva, a odlične nelinearne karakteristike ZnO blokova ograničavaju ostaci napon na zaštitnom uređaju. Rezultirajući sljedeći tok je vrlo mali i lako prekidiv, osiguravajući pouzdanu izolacijsku zaštitu transformatora i drugih oprema.

Testiranja i standardi za zaštitne uređaje od preopterećenja

(1) Mjerenje izolacijskog otpora

Koristi se megohmmeter od 2500 V ili više. Za zaštitne uređaje od 35 kV i više, izolacijski otpor ne bi smio biti manji od 2500 MΩ; za one ispod 35 kV, ne bi smio biti manji od 1000 MΩ.

(2) Mjerenje DC napona na 1 mA i tekućine ispuštanja na 75% tog napona

Primijeni DC napon na zaštitni uređaj. Dok se napon povećava, tekućina ispuštanja postupno raste. Zapisi vrijednost napona kada tekućina doseže 1 mA. Zatim smanji napon na 75% ove vrijednosti i zapisi tekućinu ispuštanja, koja ne bi smjela premašiti 50 μA.

(3) AC tekućina ispuštanja pod radnim naponom

Mjeri ukupnu tekućinu, rezistivnu tekućinu ili gubitak snage pod radnim naponom. Izmerene vrijednosti ne bi smjele pokazati značajne promjene u usporedbi s početnim vrijednostima. Ako rezistivna tekućina udvostruči, zaštitni uređaj mora se deenergirati za inspekciju.
Ako rezistivna tekućina poraste na 150% početne vrijednosti, ciklus nadzora treba prilagoditi.

Ova testiranja mogu otkriti defekte poput vlažnosti ili starenja blokova zaštitnog uređaja, površinskih pukotina i deteroracije izolacije.