Почему использовать ограничители перенапряжения Ключевые функции и преимущества
Функция ограничителей перенапряжений
Когда перенапряжение, вызванное молнией, распространяется по воздушным линиям электропередачи в подстанцию или другие здания, оно может вызвать пробой или даже повредить изоляцию электрического оборудования. Поэтому, если защитное устройство, известное как ограничитель перенапряжений, подключено параллельно к входу питания оборудования (как показано на рисунке 1), оно немедленно активируется, когда перенапряжение достигает предустановленного уровня срабатывания.
Ограничитель перенапряжений отводит избыточную энергию, ограничивая скачок напряжения и защищая изоляцию оборудования. Когда напряжение возвращается к норме, ограничитель перенапряжений быстро восстанавливает свое исходное состояние, обеспечивая возможность продолжения нормальной подачи электроэнергии.
Защитная функция ограничителя перенапряжений основана на трех предпосылках:
Правильное согласование характеристики вольт-секунд ограничителя и защищаемой изоляции.
Остаточное напряжение ограничителя должно быть ниже импульсной прочности защищаемой изоляции.
Защищаемая изоляция должна находиться в пределах защитного расстояния ограничителя.
Требования к ограничителям перенапряжений:
Он не должен разряжаться в нормальных условиях эксплуатации, но должен правильно и надежно разряжаться при перенапряжении.
Он должен обладать способностью к самовосстановлению после разряда (то есть возвращаться в состояние высокого сопротивления и гасить последующий ток).
Основные параметры ограничителей перенапряжений:
Номинальное рабочее напряжение: допустимое длительное рабочее напряжение. Оно должно быть равно или превышать максимальное фазное напряжение системы.
Номинальное напряжение (кВ): максимальное допустимое кратковременное напряжение промышленной частоты (также известное как напряжение гашения дуги). Ограничитель может работать и гасить дугу при этом напряжении, но не может долго работать на этом уровне. Это фундаментальный параметр для проектирования, характеристик и структуры ограничителя.
Характеристика выдерживания напряжения промышленной частоты: указывает на способность металлооксидного (например, ZnO) ограничителя выдерживать перенапряжения при заданных условиях.
Номинальный разрядный ток (кА): пиковая величина разрядного тока, используемая для классификации ограничителей. Для систем 220 кВ и ниже он не должен превышать 5 кА.
Остаточное напряжение: напряжение, возникающее на выводах ограничителя при воздействии импульсного тока. Его также можно понимать как максимальное напряжение, которое ограничитель может выдержать во время разряда.
Типы и конструкция ограничителей перенапряжений
Наиболее распространенные типы ограничителей перенапряжений включают клапанные, трубчатые, защитные промежутки и металлооксидные ограничители.
(1) Клапанные ограничители перенапряжений
Клапанные ограничители в основном делятся на две категории: обычные клапанные и магнитно-дутьевые. Обычные включают серии FS и FZ; магнитно-дутьевые — серии FCD и FCZ.
Символы в обозначении модели означают:
F — клапанный ограничитель;
S — для распределительных систем;
Z — для подстанций;
Y — для линий передачи;
D — для вращающихся машин;
C — с магнитно-дутьевым разрядным промежутком.
Клапанный ограничитель состоит из плоских искровых промежутков, соединенных последовательно с дисками резисторов карбида кремния (SiC) (клапаны), заключенных в фарфоровый корпус, с внешними болтами для установки. Резистор карбида кремния обладает нелинейными характеристиками: при нормальном напряжении он имеет высокое сопротивление, которое резко снижается при перенапряжении.
При нормальном напряжении промышленной частоты искровые промежутки остаются непроводящими. При возникновении перенапряжения от молнии искровые промежутки пробиваются. Сопротивление блоков SiC значительно уменьшается, позволяя безопасно пропускать высокий ток молнии к земле. После импульса блоки SiC представляют высокое сопротивление для последующего тока промышленной частоты, в то время как искровые промежутки прерывают этот ток, восстанавливая нормальную работу системы. Это поведение, аналогичное "клапану", — открытому для тока молнии и закрытому для тока промышленной частоты, — дало название "клапанный" ограничитель.
(2) Защитные промежутки и выбросные (трубчатые) ограничители
Защитные промежутки являются наиболее простым видом защиты от молний. Обычно они изготовлены из оцинкованной круглой стали и состоят из главного промежутка и вспомогательного промежутка. Главный промежуток имеет угловую форму и установлен горизонтально для облегчения гашения дуги. Вспомогательный промежуток подключен последовательно ниже главного, чтобы предотвратить ложное срабатывание из-за замыкания промежутка посторонними предметами. Из-за слабой способности к гашению дуги защитные промежутки обычно используются в сочетании с автоматическими устройствами повторного включения для повышения надежности электроснабжения.
Выбросный (трубчатый) ограничитель состоит из искрового промежутка, размещенного внутри газогенерирующей трубы, образованной стержневыми и кольцевыми электродами. Он включает как внутренние, так и внешние промежутки. Труба ограничителя изготовлена из материалов, таких как фенолформальдегидная смола, армированная стекловолокном, которые при нагревании выделяют большие объемы газа. При возникновении перенапряжения от молнии внутренние и внешние промежутки пробиваются, отводя ток молнии к земле. Последующий ток промышленной частоты создает мощную дугу, которая прожигает стенку трубы, выделяя высоконапорный газ, который выбрасывается через открытый конец, быстро гася дугу. Внешний промежуток затем восстанавливает свою изоляцию, изолируя ограничитель от системы и позволяя возобновить нормальную работу.
Поскольку выбросные ограничители полагаются на ток промышленной частоты для выделения газа для гашения дуги, чрезмерные короткозамкнутые токи могут выделить слишком много газа, превышающего механическую прочность трубы, что может привести к ее разрыву или взрыву. Поэтому выбросные ограничители обычно используются в наружных установках.
(3) Безпромежуточные металлооксидные (оксид цинка) ограничители перенапряжений
Также известные как варисторные ограничители, это современный тип, представленный в 1970-х годах. По сравнению с традиционными клапанными ограничителями с карбидом кремния, безпромежуточные металлооксидные ограничители не имеют искровых промежутков и используют оксид цинка (ZnO) вместо карбида кремния. Они состоят из стопки варисторных дисков ZnO с отличными нелинейными характеристиками напряжение-ток: при нормальном напряжении промышленной частоты они демонстрируют очень высокое сопротивление, эффективно подавляя утечку тока; при перенапряжении от молнии их сопротивление резко падает, позволяя эффективно отводить импульсный ток.
Металлооксидные ограничители предлагают превосходные защитные характеристики, высокую разрядную способность, низкое остаточное напряжение, компактные размеры и легкость установки. Они широко используются для защиты как высоковольтного, так и низковольтного электрического оборудования.
(4) Промежуточные металлооксидные (оксид цинка) ограничители перенапряжений
Эти ограничители состоят из дисков резисторов ZnO, соединенных последовательно с искровым промежутком внутри композитного корпуса. Промежуточная секция обычно содержит два дисковых электрода, заключенных в керамическое кольцо. Они подходят для систем с неэффективно заземленной нейтралью. При однофазном замыкании на землю или дуговом заземлении могут возникать серьезные переходные перенапряжения длительного действия, которые безпромежуточные ZnO ограничители могут не выдержать. Промежуточные ZnO ограничители преодолевают это ограничение: при умеренных перенапряжениях, таких как однофазное замыкание или низкоуровневое дуговое заземление, серийный промежуток остается неактивным, изолируя ограничитель от системы.
Когда перенапряжение превышает порог, промежуток пробивается, и отличные нелинейные характеристики блоков ZnO ограничивают остаточное напряжение на ограничителе. Результативный последующий ток очень мал и легко прерывается, обеспечивая надежную защиту изоляции трансформаторов и другого оборудования.
Испытания и стандарты для ограничителей перенапряжений
(1) Измерение сопротивления изоляции
Используется мегомметр напряжением 2500 В или выше. Для ограничителей, рассчитанных на 35 кВ и выше, сопротивление изоляции должно быть не менее 2500 МОм; для тех, что ниже 35 кВ, не менее 1000 МОм.
(2) Измерение постоянного напряжения при 1 мА и тока утечки при 75% этого напряжения
Применяется постоянное напряжение к ограничителю. По мере увеличения напряжения ток утечки постепенно возрастает. Записывается значение напряжения, при котором ток достигает 1 мА. Затем напряжение снижается до 75% этого значения, и записывается ток утечки, который не должен превышать 50 мкА.
(3) Ток утечки переменного тока при рабочем напряжении
Измеряется полный ток, резистивный ток или потери мощности при рабочем напряжении. Значения измерений не должны существенно изменяться по сравнению с начальными значениями. Если резистивный ток удваивается, ограничитель должен быть отключен для проверки. Если резистивный ток увеличивается до 150% от начального значения, период мониторинга следует сократить.
Эти испытания позволяют обнаружить дефекты, такие как проникновение влаги или старение блоков клапанов ограничителя, поверхностные трещины и ухудшение изоляции.
