Miért használni a túlramenekvőket? Főbb funkciók és előnyök

Villámártók funkciója

Amikor a villámlás által okozott túlramenő feszültség északi hálózaton keresztül kerül egy átalakítóba vagy más épületbe, ez időről-időre elérheti a villámártó aktiválódási szintjét. Ha tehát a berendezés (ahogyan az ábra 1-ben látható) beépítési pontján párhuzamosan csatlakoztatunk egy olyan védelmi eszközt, amit villámártónak nevezünk, akkor a túlramenő feszültség elérve a beállított működési szintet, azonnal aktiválódik.

A villámártó kitisztítja a felesleges energiát, korlátozza a feszültségemelkedést, és megvédi a berendezés izolációját. Amint a feszültség visszaáll normálra, a villámártó gyorsan helyreáll az eredeti állapotába, így biztosítva a rendszer normális működését.

A villámártó védelmi funkciója három előfeltételen alapszik:

• A villámártó és a védett izoláció feszültség-másodperces jellemvonásainak megfelelő koordinációja.

• A villámártó maradékfeszültsége alacsonyabb kell, hogy legyen, mint a védett izoláció impulzusellenállósága.

• A védett izoláció a villámártó védelmi hatótávolságán belül kell, hogy legyen.

• A villámártóknak követelményei:

• Normál működési feltételek mellett nem szabad, hogy aktívvá váljanak, de túlramenő feszültség esetén pontosan és megbízhatóan ki kell, hogy adjanak.

• Kiadás után képesnek kell lenniük önregenerálódásra (azaz vissza kell térjenek a magas-ellenállású állapotukba és le kell szüntetniük a következő áramot).

A villámártók kulcsfontosságú paraméterei:

• Folyamatos működési feszültség: A hosszú távú működéshez megengedett feszültség. Eznek nagyobbnak vagy egyenlőnek kell lennie, mint a rendszer maximális fázis-föld közötti feszültsége.

• Nominalis feszültség (kV): A maximálisan megengedett rövid ideig tartó hálózati frekvenciás feszültség (más néven tűzoltó feszültség). A villámártó ezen feszültség mellett működhet és kitisztíthatja a tűzoltót, de nem tudja fenntartani a hosszú távú működést ezen szinten. Ez a villámártó tervezésének, jellemvonásának és szerkezetének alapvető paramétere.

• Hálózati frekvenciás feszültség-másodperces jellemvonás: Egy metál-oxid (pl. ZnO) villámártó képességét jelzi arra, hogy megfelelő feltételek mellett tűrje a túlfeszültséget.

• Nominális kiadási áram (kA): A kiadási áram csúcsertékét használják a villámártó osztályozásához. 220 kV-nál alacsonyabb rendszerekben nem haladhatja meg a 5 kA-t.

• Maradékfeszültség: A villámártó végpontjai között fellépő feszültség impulzusos áram esetén. Ez másképp is értelmezhető, mint a villámártó által kivitelezhető maximális feszültség kiadási esetén.

A villámártók típusai és szerkezete

A gyakori villámártó típusok közé tartoznak a csapajtós, rövidzárlós, védőrések és metál-oxid (ZnO) villámártók.

(1) Csapajtós villámártók

A csapajtós villámártók két fő csoportba oszthatók: a hagyományos csapajtós és a mágneses-szélcsapajtós. A hagyományos típusok közé tartoznak az FS és FZ sorozat, a mágneses-szélcsapajtós pedig az FCD és FCZ sorozat.

A modell jelölésben a szimbólumok jelentése:

• F – Csapajtós villámártó;

• S – Elosztó rendszerekhez;

• Z – Átalakítókhoz;

• Y – Adatátviteli vonalakhoz;

• D – Forgási gépekhez;

• C – Mágneses-szélcsapajtós.

A csapajtós villámártók lapos csapajtós réseket tartalmaznak, amelyek sorban vannak csatlakoztatva szilícium-karbíd (SiC) ellenállólemezekkel (csapajtós blokkokkal), amelyek porcelán dobozban zárva vannak, külső terminálcsavarokkal ellátva telepítésre. A szilícium-karbíd ellenálló nemlineáris jellemvonásokat mutat: normál feszültség mellett magas ellenállást, míg túlramenő feszültség mellett drasztikusan csökken.

Normál hálózati frekvenciás feszültség mellett a csapajtós rések nem vezetnek áramot. Villámlás esetén a csapajtós rések felbomlanak. A SiC blokkok ellenállása jelentősen csökken, lehetővé téve a nagy villámáram biztonságos áramlását a földre. A tömb után a SiC blokkok magas ellenállást mutatnak a hálózati frekvenciás követő áramra, míg a csapajtós rések megszakítják ezt az áramot, visszaállítva a rendszer normális működését. Ez a nyitva-zárva viselkedés emlékeztet egy "csapra" – nyitva a villámáramra, zárva a hálózati frekvenciás áramra – ezért kapta a "csapajtós" nevet.

(2) Védőrések és rövidzárlós (rövidzárlós) villámártók

A védőrések a legegyszerűbb villámlásvédelem formája. Gyakran forrógalvánizált kör alakú acélból készülnek, egy fő rést és egy segédrést tartalmaznak. A fő rész egy hegyes szögben van alakítva, vízszintesen telepítve, hogy segítse a tűzoltó kialsztását. A segédrés sorosan van csatlakoztatva a fő résnél, hogy megakadályozza a külső objektumok általi hamis aktiválódást. Mivel a védőrések gyenge tűzoltóképességük miatt, általában automatikus újraindító eszközökkel együtt használják, hogy javítsák a szolgáltatás megbízhatóságát.

A rövidzárlós (rövidzárlós) villámártók egy gáztermelő tübből álló csapajtós rést tartalmaznak, amelyet sarkantyú és gyűrű elektrodák alkotnak. Tartalmaznak belső és külső réseket is. A villámártó tübbe olyan anyagok, mint a szerszámkészítő fenolreszin, amelyek nagy mennyiségű gázt termelnek melegítés esetén. Villámlás esetén a belső és a külső rések felbomlanak, a villámáramot a földre irányítva. A követő hálózati frekvenciás áram erős tűzoltót generál, amely égetteti a tübb falát, és nagy nyomású gázt teremt, amely a nyitott végén keresztül gyorsan kialsztja a tűzoltót. A külső rész visszaállítja izolációját, elkülönítve a villámártót a rendszertől, és lehetővé téve a normál működés folytatását.

Mivel a rövidzárlós villámártók a hálózati frekvenciás áramon alapuló gáztermelésre támaszkodnak a tűzoltó kialsztásához, túlzott rövidzárlós áramok esetén túl sok gáz keletkezhet, ami meghaladja a tübbs mékanikai erősségét, és megragadhatja vagy robbanhat fel. Ezért a rövidzárlós villámártókat általában külső telepítésekhez használják.

(3) Rések nélküli metál-oxid (cink-oxid) villámártók

Ezeket varisztor-villámártóknak is nevezik, ezek a 1970-es években jelentek meg. A hagyományos szilícium-karbíd csapajtós villámártókkal szemben a rések nélküli metál-oxid villámártóknak nincsenek csapajtós rései, és cink-oxid (ZnO) használata helyettesíti a szilícium-karbíd-ot. Őrzékeny ZnO varisztor-lemezekből épülnek, amelyek rendkívül jó nemlineáris feszültség-áram jellemvonásokat mutatnak: normál hálózati frekvenciás feszültség mellett nagyon magas ellenállást mutatnak, hatékonyan korlátozva a szivárgó áramot; villámlás esetén az ellenállásuk jelentősen csökken, lehetővé téve a túlmenő áram hatékony kiadását.

A metál-oxid villámártók kiváló védelmi jellemvonásokkal, magas kiadási kapacitással, alacsony maradékfeszültséggel, kompakt mérettel és könnyű telepítéssel rendelkeznek. Jelenleg széles körben használják a mag- és alacsonyfeszültségű elektrikus berendezések védelmére.

(4) Résekkel ellátott metál-oxid (cink-oxid) villámártók

Ezek ZnO ellenállólemezeket tartalmaznak, amelyek sorban vannak csatlakoztatva egy csapajtós résszel egy összetett dobozban. A részegység általában két diszkus alakú elektrodát tartalmaz, amelyek kerámia gyűrűben vannak behelyezve. Ezek alkalmasak a nem hatékonyan földezett neutrális rendszerekre. Egyszalagos földrekonduktív hibák vagy alacsony szintű tűzoltó földrekonduktív hibák esetén hosszan tartó súlyos időbeli túlfeszültségek jelenhetnek meg, amelyeket a rések nélküli ZnO villámártók nem tudnak kivenni. A résekkel ellátott ZnO villámártók ezt a korlátot túlhaladják: közepes túlfeszültségek, például egyszalagos földrekonduktív hiba vagy alacsony szintű tűzoltó földrekonduktív hiba esetén a soros rész inaktív marad, elkülönítve a villámártót a rendszertől.

Amikor a túlfeszültség meghaladja a küszöböt, a rész felbomlik, és a ZnO blokkok kiváló nemlineáris jellemvonásai korlátozzák a villámártó végpontjai közötti maradékfeszültséget. A követő áram nagyon kicsi, és könnyen megszakítható, biztosítva a transzformátorok és egyéb berendezések megbízható izolációs védelmét.

A villámártók tesztelési elemek és normái

(1) Izolációs ellenállás mérése

Használjon 2500 V-os vagy annál magasabb megohmmmetert. 35 kV-nál magasabb feszültségű villámártók esetén az izolációs ellenállás legalább 2500 MΩ-nak kell, hogy legyen; 35 kV alatti villámártók esetén legalább 1000 MΩ.

(2) 1 mA-os DC feszültség és a 75%-os ennek feszültségének szivárgó áramának mérése

DC feszültséget adjon a villámártóra. Ahogy a feszültség növekszik, a szivárgó áram is növekszik. Jegyezze fel a feszültség értékét, amikor az áram eléri a 1 mA-t. Ezután csökkentse a feszültséget ennek 75%-ára, és jegyezze fel a szivárgó áramot, amely nem haladhatja meg a 50 μA-t.

(3) AC szivárgó áram a működési feszültség mellett

Mérje a teljes áramot, a rezisztív áramot vagy a teljesítményveszteséget a működési feszültség mellett. A mérési értékek nem váltakhatnak jelentősen meg a kezdeti értékekkel szemben. Ha a rezisztív áram duplázódik, a villámártót le kell kapcsolni vizsgálatra.
Ha a rezisztív áram 150%-ra nő a kezdeti értékről, a figyelési időszakot megfelelően rövidíteni kell.

Ezek a tesztek kiszűrhetik a villámártó csapajtós blokkjainak nedvesedését vagy öregedését, a felületi repedéseket és az izoláció romlását.