Mengapa Menggunakan Pemutus Lonjakan? Fungsi & Manfaat Utama
Fungsi Penahan Lonjakan Tegangan
Apabila lonjakan tegangan yang disebabkan oleh petir bergerak sepanjang kabel listrik udara ke dalam substansi atau bangunan lain, ia boleh menyebabkan flashover atau bahkan merusak isolasi peralatan elektrik. Oleh itu, jika peranti perlindungan—yang dikenali sebagai penahan lonjakan—dihubungkan secara selari pada masukan kuasa peralatan (seperti ditunjukkan dalam Gambar 1), ia akan segera bertindak apabila lonjakan tegangan mencapai tahap operasi yang ditetapkan.
Penahan lonjakan mengeluarkan tenaga berlebihan, membatasi lonjakan tegangan dan melindungi isolasi peralatan. Setelah tegangan kembali normal, penahan lonjakan dengan cepat pulih ke keadaan asalnya, memastikan sistem dapat terus menyediakan bekalan kuasa normal.
Fungsi perlindungan penahan lonjakan didasarkan pada tiga prasyarat:
Koordinasi yang tepat antara ciri volt-detik penahan dan isolasi yang dilindungi.
Tegangan sisa penahan harus lebih rendah daripada kekuatan tahanan impuls isolasi yang dilindungi.
Isolasi yang dilindungi harus berada dalam jarak perlindungan penahan.
Syarat-syarat untuk penahan lonjakan:
Ia tidak boleh mengeluarkan bawah keadaan operasi normal, tetapi mesti mengeluarkan dengan betul dan dapat dipercayai semasa insiden lonjakan tegangan.
Ia mesti mempunyai keupayaan pemulihan sendiri selepas pengeluaran (i.e., kembali ke keadaan impedans tinggi dan memadam arus susulan).
Parameter utama penahan lonjakan:
Tegangan operasi berterusan: Tegangan operasi jangka panjang yang dibenarkan. Ia harus sama atau lebih besar daripada tegangan fasa-ke-tanah maksimum sistem.
Tegangan nominal (kV): Tegangan frekuensi kuasa pendek-masa maksimum yang dibenarkan (juga dikenali sebagai tegangan pemadam busur). Penahan dapat beroperasi dan memadam busur di bawah tegangan ini, tetapi tidak dapat beroperasi jangka panjang pada tahap ini. Ini adalah parameter asas untuk reka bentuk, ciri, dan struktur penahan.
Ciri tahanan volt-detik frekuensi kuasa: Menunjukkan keupayaan penahan oksida logam (misalnya, ZnO) untuk menahan tegangan berlebihan di bawah keadaan tertentu.
Arus pelepasan nominal (kA): Nilai puncak arus pelepasan yang digunakan untuk mengelasifikasi rating penahan. Untuk sistem 220 kV dan di bawah, ia tidak boleh melebihi 5 kA.
Tegangan sisa: Tegangan yang muncul di antara terminal penahan semasa terkena arus lonjakan. Ia juga boleh difahami sebagai tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh penahan semasa insiden pelepasan.
Jenis dan Struktur Penahan Lonjakan
Jenis-jenis penahan lonjakan yang biasa termasuk jenis klep, tabung, jurang pelindung, dan penahan oksida logam.
(1) Penahan Lonjakan Jenis Klep
Penahan jenis klep terutamanya dibahagikan kepada dua kategori: jenis klep konvensional dan jenis klep magnet-blow. Jenis konvensional termasuk siri FS dan FZ; jenis magnet-blow termasuk siri FCD dan FCZ.
Simbol dalam penamaan model mewakili:
F – Penahan jenis klep;
S – Untuk sistem pengedaran;
Z – Untuk substansi;
Y – Untuk laluan transmisi;
D – Untuk mesin putar;
C – Dengan jurang pelepasan magnet-blow.
Penahan jenis klep terdiri daripada jurang percikan rata dalam siri dengan cakera resistor karbida silikon (SiC) (blok klep), tersegel di dalam rumah porcelen, dengan ulir terminal luaran untuk pemasangan. Resistor karbida silikon menunjukkan ciri bukan linear: ia mempunyai hambatan tinggi di bawah tegangan normal, yang menurun tajam semasa lonjakan tegangan.
Di bawah tegangan frekuensi kuasa normal, jurang percikan tetap tidak konduktif. Apabila lonjakan tegangan petir berlaku, jurang percikan runtuh. Hambatan blok SiC menurun secara signifikan, membolehkan arus petir yang tinggi mengalir dengan selamat ke tanah. Selepas lonjakan, blok SiC menunjukkan hambatan tinggi terhadap arus susulan frekuensi kuasa, manakala jurang percikan memutuskan arus ini, memulihkan operasi sistem normal. Perilaku on-off ini serupa dengan "klep"—terbuka untuk arus petir dan tertutup untuk arus frekuensi kuasa—oleh itu nama "penahan jenis klep".
(2) Jurang Pelindung dan Penahan (Tabung)
Jurang pelindung adalah bentuk perlindungan petir yang paling mudah. Biasanya dibuat daripada besi bulat galvanis, ia terdiri daripada jurang utama dan jurang tambahan. Jurang utama berbentuk sudut dan dipasang secara mendatar untuk memudahkan pemadaman busur. Sebuah jurang tambahan dihubungkan dalam siri di bawah jurang utama untuk mencegah pencetus palsu akibat objek asing menghubungkan jurang. Karena keupayaan pemadaman busur yang lemah, jurang pelindung biasanya digunakan bersama-sama dengan peranti tutup semula automatik untuk meningkatkan keandalan bekalan kuasa.
Penahan (tabung) terdiri daripada jurang percikan yang terletak di dalam tabung gas-generating, terbentuk oleh elektrod batang dan cincin. Ia termasuk kedua-dua jurang dalaman dan luaran. Tabung penahan dibuat daripada bahan seperti resin fenolik yang diperkuat fiber yang menghasilkan jumlah gas yang besar apabila dipanaskan. Apabila lonjakan tegangan petir berlaku, kedua-dua jurang dalaman dan luaran runtuh, mengalihkan arus petir ke tanah. Arus frekuensi kuasa susulan kemudian mencipta busur yang kuat, membakar dinding tabung dan menghasilkan gas tekanan tinggi yang dikeluarkan melalui ujung terbuka, memadam busur dengan cepat. Jurang luaran kemudian memulihkan isolasinya, memisahkan penahan dari sistem dan membolehkan operasi normal berlanjut.
Kerana penahan ekspulsi bergantung pada arus frekuensi kuasa untuk menghasilkan gas untuk pemadaman busur, arus korsleting yang berlebihan boleh menghasilkan gas yang terlalu banyak, melebihi kekuatan mekanikal tabung dan menyebabkan pecah atau letupan. Oleh itu, penahan ekspulsi biasanya digunakan dalam pemasangan luaran.
(3) Penahan Oksida Logam (Oksida Seng) Tanpa Jurang
Juga dikenali sebagai penahan varistor, ini adalah jenis moden yang diperkenalkan pada tahun 1970-an. Berbanding dengan penahan jenis klep karbida silikon tradisional, penahan oksida logam tanpa jurang tidak mempunyai jurang percikan dan menggunakan oksida seng (ZnO) berbanding karbida silikon. Mereka dibina daripada cakera varistor ZnO yang disusun, dengan ciri volt-arus bukan linear yang sangat baik: di bawah tegangan frekuensi kuasa normal, mereka menunjukkan hambatan sangat tinggi, efektif menekan arus bocor; di bawah lonjakan tegangan petir, hambatan mereka menurun tajam, membolehkan pelepasan arus lonjakan yang efisien.
Penahan oksida logam menawarkan ciri perlindungan yang unggul, kapasiti pelepasan yang tinggi, tegangan sisa yang rendah, saiz yang kompak, dan pemasangan yang mudah. Mereka kini digunakan secara meluas untuk melindungi peralatan elektrik bertegangan tinggi dan rendah.
(4) Penahan Oksida Logam (Oksida Seng) Dengan Jurang
Ini terdiri daripada cakera resistor ZnO yang dihubungkan dalam siri dengan jurang percikan di dalam rumah komposit. Unit jurang biasanya mengandungi dua elektrod berbentuk cakera yang terkandung dalam cincin keramik. Mereka sesuai untuk sistem neutral yang tidak diground secara efektif. Semasa kesalahan fasa-tunggal ke ground atau grounding busur, mungkin berlaku overvoltages transitif yang parah dan berlangsung lama, yang mungkin tidak dapat ditahan oleh penahan ZnO tanpa jurang. Penahan ZnO dengan jurang mengatasi keterbatasan ini: di bawah overvoltages sedang seperti grounding fasa-tunggal atau grounding busur rendah, jurang siri tetap tidak aktif, memisahkan penahan dari sistem.
Apabila overvoltage melebihi ambang, jurang percikan, dan ciri bukan linear yang luar biasa dari blok ZnO membatasi tegangan sisa di seberang penahan. Arus susulan yang dihasilkan sangat kecil dan mudah diputus, memberikan perlindungan isolasi yang andal untuk transformer dan peralatan lain.
Item Ujian dan Piawaian untuk Penahan Lonjakan
(1) Pengukuran Rintangan Isolasi
Gunakan megohmmeter 2500 V atau lebih tinggi. Untuk penahan yang berperingkat 35 kV dan ke atas, rintangan isolasi harus tidak kurang dari 2500 MΩ; untuk yang di bawah 35 kV, tidak kurang dari 1000 MΩ.
(2) Pengukuran Tegangan DC pada 1 mA dan Arus Bocor pada 75% daripada Tegangan Ini
Terapkan tegangan DC pada penahan. Semasa tegangan meningkat, arus bocor secara beransur-ansur meningkat. Rekod nilai tegangan apabila arus mencapai 1 mA. Kemudian kurangkan tegangan ke 75% daripada nilai ini dan rekod arus bocor, yang tidak boleh melebihi 50 μA.
(3) Arus Bocor AC di Bawah Tegangan Operasi
Ukur arus total, arus resistif, atau kehilangan kuasa di bawah tegangan operasi. Nilai-nilai yang diukur tidak boleh menunjukkan perubahan yang signifikan berbanding nilai awal. Jika arus resistif berkembar, penahan mesti dimatikan untuk pemeriksaan.
Jika arus resistif meningkat hingga 150% daripada nilai awal, siklus pemantauan harus dipendekkan secara sesuai.
Ujian-ujian ini boleh mendeteksi cacat seperti penyusupan kelembapan atau penuaan blok klep penahan, retakan permukaan, dan penurunan isolasi.
