Hvorfor bruke overvoltagebeskyttelse? Nøkkel funksjoner og fordeler

Funksjonen til overvoltagebeskyttelse

Når lynindusert overvoltage beveger seg langs luftledninger inn i en transformasjon eller andre bygninger, kan det forårsake flasjover eller enda gjennomtrenging av isolasjonen på elektrisk utstyr. Derfor, hvis et beskyttende enhet – kjent som en overvoltagebeskytter – er koblet parallelt ved strøminngangen til utstyret (som vist i figur 1), vil den umiddelbart aktivere når overvoltage når den forhåndsinnstilte driftsnivået.

Overvoltagebeskytteren slipper unna den ekstra energien, begrenser spenningssvingningen og beskytter utstyrets isolasjon. Når spenningen returnerer til normal, gjenopptar overvoltagebeskytteren raskt sin opprinnelige tilstand, og sikrer at systemet kan fortsette med normal strømforsyning.

Beskyttende funksjonen til en overvoltagebeskytter baseres på tre forutsetninger:

• Riktig koordinering mellom beskytterens volt-sekund karakteristikk og den beskyttede isolasjonens.

• Beskytterens restspenning må være lavere enn impulstilstandssterkheten til den beskyttede isolasjonen.

• Den beskyttede isolasjonen må være innenfor beskytterens beskyttelsesavstand.

• Krav til overvoltagebeskyttere:

• Den skal ikke slippe unna under normale driftsforhold, men må slippe unna korrekt og pålitelig under overvoltage-hendelser.

• Den må ha egen gjenopprettingskapasitet etter slippeunntak (dvs. returnere til høy impedansetilstand og slukke etterstrøm).

Kjerneparametre for overvoltagebeskyttere:

• Kontinuerlig driftsspenning: Tillatt langtidsspenning. Denne bør være lik eller større enn systemets maksimale fase-jordspenning.

• Nominal spenning (kV): Maksimal tillatt kortvarig nettspenning (også kjent som bukeslukkingsspenning). Beskytteren kan operere og slukke buken under denne spenningen, men kan ikke holde ved like lenge på dette nivået. Det er en grunnleggende parameter for beskytterdesign, egenskaper og struktur.

• Nettspenningstilstandssekund karakteristikk: Angir evnen til en metallsyre (f.eks. ZnO) beskytter til å tåle overvoltage under spesifiserte forhold.

• Nominell slippestrøm (kA): Toppenverdi av slippestrøm brukt til å klassifisere beskyttermerker. For systemer 220 kV og nedover, bør den ikke overstige 5 kA.

• Restspenning: Spenningen som oppstår over beskytterkontaktene når de utsattes for en surgestrøm. Den kan også forstås som den maksimale spenningen beskytteren kan tåle under en slippehendelse.

Typer og struktur av overvoltagebeskyttere

Vanlige typer overvoltagebeskyttere inkluderer ventiltype, rørtype, beskyttelsespåskudd og metallsyrebeskyttere.

(1) Ventiltypen overvoltagebeskyttere

Ventiltypen beskyttere er hovedsakelig delt inn i to kategorier: konvensjonelle ventiltypen og magnetisk-blow ventiltypen. Konvensjonelle typen inkluderer FS- og FZ-seriene; magnetisk-blow typen inkluderer FCD- og FCZ-seriene.

Symbolene i modellbetegnelsen står for:

• F – Ventiltypen beskytter;

• S – For distribusjonssystemer;

• Z – For transformasjoner;

• Y – For transportlinjer;

• D – For roterende maskiner;

• C – Med magnetisk-blow slippepåskudd.

En ventiltypen beskytter består av flate sparkpåskudd i serie med siliciumkarbid (SiC) motstandsdisk (ventilblokker), lukket inne i en porseleinhylle, med ytre terminalbolter for montering. Siliciumkarbidmotstanden viser ikkelineære egenskaper: den har høy motstand under normal spenning, som falt brått under overvoltage.

Under normal nettspenning forblir sparkpåskuddene ikkeledende. Når det skjer en lynovervoltage, bryter sparkpåskuddene ned. Motstanden til SiC-blokkene falt betydelig, noe som tillater at høy lynstrøm flyter trygt til jorden. Etter svingingen, presenterer SiC-blokkene høy motstand mot nettfrekvens etterstrøm, mens sparkpåskuddene avbryter denne strømmen, og gjenoppretter normal systemdrift. Dette på-av-oppførsel ligner en "ventil" – åpen for lynstrøm og lukket for nettfrekvensstrøm – derav navnet "ventiltypen" beskytter.

(2) Beskyttelsespåskudd og utskytnings(rørtypen) beskyttere

Beskyttelsespåskudd er den enkleste formen for lynbeskyttelse. Vanligvis laget av galvanisert rund stål, består de av en hovedpåskudd og en hjelpesparkpåskudd. Hovedpåskuddet er formet i en vinkelkonfigurasjon og montert horisontalt for å forenkle bukeslukking. En hjelpesparkpåskudd er koblet i serie under hovedpåskuddet for å hindre falsk utløsning forårsaket av fremmede objekter som shorter påskuddet. På grunn av svak bukeslukningskapasitet, brukes beskyttelsespåskudd ofte sammen med automatiske rekoblinger for å forbedre strømforsyningsrelativitet.

Utskytnings(rørtypen) beskytter består av en sparkpåskudd innenfor en gass-genererende rør, dannet av stav- og ringelektroder. Den inkluderer både interne og eksterne påskudd. Beskytterrøret er laget av materialer som fiberforstærket fenolhar som produserer store mengder gass når de blir opphetet. Når det skjer en lynovervoltage, bryter både interne og eksterne påskudd ned, og ledet lynstrøm til jorden. Den etterfølgende nettfrekvensstrømmen skaper en sterk buke, som forbrenner rørveggen og genererer høytrykksgass som utskytes gjennom den åpne enden, og slukker buken raskt. Eksterne påskudd gjenoppretter deretter sin isolasjon, isolerer beskytteren fra systemet, og lar normal drift gjenopptas.

Siden utskytningsbeskyttere avhenger av nettfrekvensstrøm for å generere gass for bukeslukking, kan for store kortslutningsstrømmer produsere for mye gass, som overstiger rørets mekaniske styrke og fører til risting eller eksplosjon. Derfor brukes utskytningsbeskyttere vanligvis i utendørs installasjoner.

(3) Påskuddsfrie metallsyre(zinkoksid) overvoltagebeskyttere

Også kjent som varistorbeskyttere, er disse en moderne type introdusert i 1970-årene. Sammenlignet med tradisjonelle siliciumkarbid ventiltypen beskyttere, har påskuddsfrie metallsyrebeskyttere ingen sparkpåskudd og bruker zinkoksid (ZnO) i stedet for siliciumkarbid. De er konstruert av staplete ZnO-varistordisker med fremragende ikkelineære spenning-strøm karakteristikk: under normal nettfrekvensspenning, viser de meget høy motstand, effektivt begrenser lekkasje-strøm; under lynovervoltage, falt deres motstand brått, og tillater effektiv slippeunntak av surgestrøm.

Metallsyrebeskyttere gir superiøre beskyttelsesegenskaper, høy slippekapasitet, lav restspenning, kompakt størrelse og enkel installasjon. De er nå vidt brukte for beskyttelse av både høy- og lavspenning elektrisk utstyr.

(4) Påskuddsbeholdende metallsyre(zinkoksid) overvoltagebeskyttere

Disse består av ZnO-motstandsdisker koblet i serie med en sparkpåskudd innenfor en sammensatt hylle. Påskuddsenhet inneholder vanligvis to diskformede elektroder innskrevet i en keramisk ring. De er egnet for systemer uten effektivt jordet neutrale. Under enfasen-til-jord feil eller bukejording, kan alvorlige midlertidige overvoltage av lang varighet oppstå, som påskuddsfrie ZnO-beskyttere kanskje ikke tåler. Påskuddsbeholdende ZnO-beskyttere overkommer denne begrensningen: under moderate overvoltage som enfasen-til-jord eller lav-nivå bukejording, forblir serien påskudd inaktiv, isolerer beskytteren fra systemet.

Når overvoltage overstiger en terskel, bryter påskuddet ned, og de fremragende ikkelineære egenskapene til ZnO-blokkene begrenser restspenningen over beskytteren. Den resulterende etterstrøm er veldig liten og lett avbrutt, gir pålitelig isolasjonsbeskyttelse for transformer og annet utstyr.

Testpunkt og standarder for overvoltagebeskyttere

(1) Måling av isolasjonsmotstand

Bruk en megaohmmeter på 2500 V eller høyere. For beskyttere merket 35 kV og over, bør isolasjonsmotstanden være minst 2500 MΩ; for de under 35 kV, minst 1000 MΩ.

(2) Måling av DC-spenning ved 1 mA og lekkasjestrøm ved 75% av denne spenningen

Anvend en DC-spenning til beskytteren. Som spenningen øker, øker lekkasjestrømmen gradvis. Noter spenningverdien når strømmen når 1 mA. Reduser deretter spenningen til 75% av denne verdien og noter lekkasjestrømmen, som ikke bør overstige 50 μA.

(3) AC-lekkasjestrøm under driftsspenning

Mål totalstrøm, motstandsstrøm eller energitap under driftsspenning. Målte verdier bør ikke vise betydelige endringer sammenlignet med initielle verdier. Hvis motstandsstrømmen dobles, må beskytteren de-energisert for inspeksjon.
Hvis motstandsstrømmen øker til 150% av initiell verdi, bør overvåkningsperioden forholdsvis forkortes.

Disse testene kan oppdage defekter som fuktig inngang eller aldring av beskytterventilblokker, overflatekraker og isolasjonsforringelse.