Funkcija prepadnih ograničevalcev
Ko se prekomerna napetost, povzročena gromom, razširi skozi zračne električne vodnike do postaje ali drugih zgradb, lahko povzroči prožne preboje ali celo prstene izolacijo električnega opreme. Zato, če je zaščitno sredstvo, znano kot prepadni omejevalnik, vzporedno povezano na vhodu moči opreme (kot je prikazano na Sliki 1), se takoj aktivira, ko prekomerna napetost doseže prednastavljeno delovno raven.
Ograničevalnik odvodi prekomerno energijo, omejuje prekomerno napetost in zaščiti izolacijo opreme. Ko se napetost vrne na normalno, se prepadni omejevalnik hitro obnovi v svojo prvotno stanje, kar zagotavlja, da sistem lahko nadaljuje z normalnim oskrbovanjem z električno energijo.
Zaščitna funkcija prepadnega ograničevalnika temelji na treh predpostavkah:
Pravilna uskladitev med volt-sekundno karakteristiko ograničevalnika in zaščitenega izolatorja.
Ostanka napetosti ograničevalnika mora biti nižja od impulzne trdnosti zaščitenega izolatorja.
Zaščiteni izolator mora biti znotraj zaščitnega razdaljega ograničevalnika.
Zahtevi za prepadne ograničevalnike:
Ne sme se razvrstiti pod normalnimi delovnimi pogoji, toda mora to storiti pravilno in zanesljivo med dogodki prekomerne napetosti.
Morajo imeti sposobnost samozdravljenja po razvrstitvi (tj. se vrniti v stanje visokih upornosti in ugasiti sledilni tok).
Ključni parametri prepadnih ograničevalnikov:
Neprekinjana delovna napetost: Dovoljena dolgoročna delovna napetost. Ta mora biti enaka ali večja od največje fazno-zemeljske napetosti sistema.
Imenovana napetost (kV): Največja dovoljena kratkotrajna napetost strmi val. Ograničevalnik lahko deluje in ugaša luknjo pod to napetostjo, toda ne more trajno delovati na tej ravni. To je temeljni parameter za načrtovanje, lastnosti in strukturo ograničevalnika.
Obvladovanje napetosti strmi val: Pokazuje sposobnost metal-oksidskega (npr. ZnO) ograničevalnika, da odvodi prekomerne napetosti pod določenimi pogoji.
Imenovani tok razvrstitve (kA): Vrhačna vrednost toka razvrstitve, ki se uporablja za klasifikacijo stopnje ograničevalnika. Za sisteme 220 kV in nižje ne sme presegati 5 kA.
Ostanek napetosti: Napetost, ki se pojavi na terminalih ograničevalnika, kadar je podvržen toku prekomerne napetosti. Lahko jo tudi razumemo kot največjo napetost, ki jo ograničevalnik lahko prenaša med dogodkom razvrstitve.
Vrste in struktura prepadnih ograničevalnikov
Pogoste vrste prepadnih ograničevalnikov vključujejo ventilne, cevne, zaščitne presledke in metal-oksidske ograničevalnike.
(1) Ventilni prepadni ograničevalniki
Ventilni ograničevalniki so glavno razdeljeni v dve kategoriji: standardni ventilni in magneto-vaneči ventilni. Standardni tip vključuje serije FS in FZ; magneto-vaneči tip vključuje serije FCD in FCZ.
Simboli v označbi modela pomenijo:
F – Ventilni ograničevalnik;
S – Za distribucijske sisteme;
Z – Za preobrazovalne postaje;
Y – Za prenosne linije;
D – Za vrteča strojila;
C – S magneto-vanečim presledkom razvrščanja.
Ventilni ograničevalnik sestavlja zaporedje ravnih iskrelnih presledkov in diskov upornikov silicij karbid (SiC) (ventilske bloke), zaprtih znotraj keramičnega pokrova, z zunanjimi terminalskimi vinti za namestitev. Upornik silicij karbid kaže nelinearne značilnosti: ima visok upor pod normalno napetostjo, ki se dramatično zmanjša med prekomerno napetostjo.
Pod normalno napetostjo strmi val iskrelni presledki ostanejo nevedoma. Ko pride do prekomerne napetosti zaradi groma, iskrelni presledki padajo. Upornost blokov SiC se zelo zmanjša, kar omogoča varno pretok visokega toka groma v zemljo. Po prekomerni napetosti bloki SiC ponujajo visok upor za sledilni tok strmi val, medtem ko iskrelni presledki prekinje ta tok, s čimer se obnovi normalno delovanje sistema. Ta on-off vedenje spominja na "ventil" - odprt za tok groma in zaprt za tok strmi val - zato se imenuje "ventilni" ograničevalnik.
(2) Zaščitni presledki in izgon (cevni) ograničevalniki
Zaščitni presledki so najpreprostejša oblika zaščite pred gromom. Običajno izdelani iz galvaniziranega okroglega jekla, sestavljajo glavni presledek in pomočni presledek. Glavni presledek je oblikovan v kotnem obliku in nameščen horizontalno, da olajša ugasanje luka. Pomočni presledek je serijsko povezan pod glavnim presledkom, da prepreči lažne sprožitve zaradi tuje snovi, ki krašča presledek. Zaradi njihove slabe zmogljivosti za ugasanje luka se zaščitni presledki običajno uporabljajo skupaj s samodejnimi prepriklapljalniki, da izboljšajo zanesljivost oskrbe z električno energijo.
Izgon (cevni) ograničevalnik sestavlja iskrelni presledek, zaključen znotraj cevi, ustvarjene z vtičnimi in kolobarji elektrodami. Vključuje notranji in zunanji presledki. Cev ograničevalnika je izdelana iz materialov, kot so vlakneni fenolni smole, ki pri segrevanju ustvarjajo velike količine plina. Ko pride do prekomerne napetosti zaradi groma, oba presledka, notranji in zunanji, padajo, če se tok groma odpelje v zemljo. Nato sledilni tok strmi val ustvari močan luk, ki gore steno cevi in ustvarja visoko tlak plin, ki se izpušča skozi odprto končnice, hiter ugasne luk. Zunanji presledek se potem obnovi v izolacijo, loči ograničevalnik od sistema in omogoča nadaljnje normalno delovanje.
Ker izgon ograničevalniki uporabljajo tok strmi val za ustvarjanje plina za ugasanje luka, lahko prekomerna strmi val tok ustvari preveliko količino plina, ki preseže mehansko trdoto cevi in povzroči razbitje ali eksplozijo. Zato se izgon ograničevalniki običajno uporabljajo v zunanji namestitvi.
(3) Brezpresledni metal-oksidski (oksid cinka) prepadni ograničevalniki
Tudi znani kot varistorji, so sodobna vrsta, vpeljana v 70. letih. V primerjavi s tradicionalnimi silicij-karbidskimi ventilnimi ograničevalniki brezpresledni metal-oksidski ograničevalniki nimajo iskrelnih presledkov in uporabljajo oksid cinka (ZnO) namesto silicij karbid. So sestavljeni iz nizov diskov varistorjev ZnO z odličnimi nelinearnimi značilnostmi napetost-tok: pod normalno napetostjo strmi val imajo zelo visok upor, ki učinkovito zadržuje iztekni tok; pod prekomerno napetostjo zaradi groma se njihova upornost dramatično zmanjša, kar omogoča učinkovit odvod prekomernega toka.
Metal-oksidski ograničevalniki nudijo odlične zaščitne značilnosti, visoko kapaciteto odvoda, nizko ostanek napetosti, kompaktno velikost in enostavno namestitev. Trenutno so široko uporabljeni za zaščito obsežnih in nizkonapetostnih električnih opreme.
(4) Presledni metal-oksidski (oksid cinka) prepadni ograničevalniki
Ti sestavljajo diske upornikov ZnO, povezane v zaporedje s iskrelnim presledkom znotraj kompozitnega pokrova. Enota presledka običajno vsebuje dva diskasta elektroda, zaključena znotraj keramičnega kolobarja. So primerni za sisteme, ki niso učinkovito zasidrjeni. Med enofaznimi krivicami ali luki zasidrjenja lahko nastanejo težki prekomerne napetosti dolge trajanje, ki bi jih brezpresledni ZnO ograničevalniki morda ne prenašali. Presledni ZnO ograničevalniki premagajo to omejitev: pri umernih prekomernih napetostih, kot so enofazne krivice ali nizek nivo luka zasidrjenja, presledek zaporedje ostane neaktiven, loči ograničevalnik od sistema.
Ko prekomerna napetost preseže prag, presledek zapalja, in odlične nelinearne značilnosti blokov ZnO omejujejo ostanek napetosti na ograničevalniku. Rezultirajoč sledilni tok je zelo majhen in ga je lahko enostavno prekiniti, kar zagotavlja zanesljivo izolacijsko zaščito za transformatorje in drugo opremo.
Testni postopki in standardi za prepadne ograničevalnike
(1) Merjenje izolacijskega upora
Uporabite megohmmeter 2500 V ali višje. Za ograničevalnike z oceno 35 kV in višje, mora biti izolacijski upor vsaj 2500 MΩ; za one pod 35 kV, vsaj 1000 MΩ.
(2) Merjenje enosmerne napetosti pri 1 mA in iztekni toka pri 75% te napetosti
Na ograničevalnik nanese enosmerna napetost. Ko napetost narašča, iztekni tok postaja vedno večji. Zabeležite vrednost napetosti, ko tok doseže 1 mA. Nato znižate napetost na 75% te vrednosti in zabeležite iztekni tok, ki ne sme presegati 50 μA.
(3) Iztekni tok strmi val pod delovno napetostjo
Merite skupni tok, uporni tok ali izgubo moči pod delovno napetostjo. Merjene vrednosti ne smejo pokazati bistvenih sprememb glede na začetne vrednosti. Če se uporni tok podvoji, mora biti ograničevalnik deenergiziran za pregled.
Če se uporni tok poveča na 150% začetne vrednosti, mora biti obdobje nadzora ustrezno skrajšano.
Ti testi lahko zaznamejo defekte, kot so vtresanje vlage ali staranje blokov ograničevalnika, površinske razpade in izguba izolacije.
