Zašto koristiti zaštite od prekomjernih napona? Ključne funkcije i prednosti
Funkcija zaštita od prekomernih napona
Kada prekomerna naponska talasna boja indukovana munjama putuje duž nadzemnih električnih linija do transformatorne stanice ili drugih zgrada, može uzrokovati proboje ili čak probiti izolaciju električnog opreme. Stoga, ako je zaštitni uređaj - poznat kao zaštitni od prekomernih napona - povezan paralelno na ulazu struje opreme (kao što je prikazano na Slici 1), on će odmah aktivirati kada prekomerna naponska talasna boja dostigne predpostavljenu radnu razinu.
Zaštitni od prekomernih napona ispušta suvišnu energiju, ograničavajući prekomernu naponsku talasnu boju i zaštitivši izolaciju opreme. Kada se naponska talasna boja vratila na normalnu razinu, zaštitni od prekomernih napona brzo se vraća u svoje originalno stanje, omogućavajući da sistem nastavi sa normalnim snabdevanjem strujom.
Zaštitna funkcija zaštite od prekomernih napona zasniva se na tri pretpostavke:
Pravilna koordinacija između volt-sekundnih karakteristika zaštite od prekomernih napona i izolacije koja se zaštitava.
Ostatak napona zaštite od prekomernih napona mora biti niži od impulsnog otpornosti izolacije koja se zaštitava.
Izolacija koja se zaštitava mora biti unutar zaštitnog rastojanja zaštite od prekomernih napona.
Zahtevi za zaštitu od prekomernih napona:
Ne bi trebalo da ispušta pod normalnim uslovima rada, ali mora ispravno i pouzdano ispuštati tok tijekom događaja prekomernih napona.
Mora imati mogućnost samovraćanja nakon ispuštanja (tj. vratiti se u stanje visokog otpora i ugasi prateći tok).
Ključni parametri zaštita od prekomernih napona:
Napona neprekidnog rada: Dopušteni dugotrajni radni napon. Treba da bude jednak ili veći od maksimalnog fazno-zemlinskog napona sistema.
Nominativni napon (kV): Maksimalno dopušteni kratkotrajan napon mrežne frekvencije (poznat i kao napon za gasenje luka). Zaštitni od prekomernih napona može raditi i ugasi luk pod ovim naponom, ali ne može održavati dugotrajni rad na ovom nivou. To je osnovni parametar za dizajn, karakteristike i strukturu zaštita od prekomernih napona.
Volt-sekundna karakteristika otpornosti na mrežnu frekvenciju: Pokazuje sposobnost metal-oksidne (npr. ZnO) zaštite od prekomernih napona da otpire prekomerne napone pod određenim uslovima.
Nominativni ispusni tok (kA): Pik vrijednosti ispusnog toka koji se koristi za klasifikaciju ocjena zaštita od prekomernih napona. Za sisteme od 220 kV i niže, ne bi smio premašiti 5 kA.
Ostatak napona: Napon koji se javlja na terminalima zaštite od prekomernih napona kada je izložen talasnom boji. Može se takođe shvatiti kao maksimalan napon koji zaštitni od prekomernih napona može izdržati tijekom događaja ispuštanja.
Vrste i struktura zaštita od prekomernih napona
Zajedničke vrste zaštita od prekomernih napona uključuju ventil tip, cijev tip, zaštitne rasponi i metal-oksidne zaštite.
(1) Ventil tip zaštita od prekomernih napona
Ventil tip zaštite od prekomernih napona glavno su podeljene u dve kategorije: konvencionalni ventil tip i magnetni ventil tip. Konvencionalni tip uključuje serije FS i FZ; magnetni ventil tip uključuje serije FCD i FCZ.
Simboli u označavanju modela označavaju:
F – Ventil tip zaštita od prekomernih napona;
S – Za distribucijske sisteme;
Z – Za transformatorske stanice;
Y – Za prenosne linije;
D – Za rotirajuće mašine;
C – Sa magnetnim ispuštanjem raspona.
Ventil tip zaštitni od prekomernih napona sastoji se od ravni iskrnih raspona u seriji sa diskovima od šamota (SiC) rezistora (ventil blokova), zaprtih unutar keramičke kuće, sa spoljašnjim terminalima za instalaciju. Rezistor od šamota pokazuje nelinearne karakteristike: ima visok otpor pod normalnim naponom, koji se značajno smanjuje tijekom prekomernih napona.
Pod normalnim naponom mrežne frekvencije, iskrni rasponi ostaju neprovođivi. Kada se desi prekomerna naponska talasna boja od munje, iskrni rasponi se ruše. Otpor SiC blokova značajno pada, omogućavajući siguran protok visokog munjastog toka ka zemlji. Nakon talasne boje, SiC blokovi predstavljaju visok otpor za prateći tok mrežne frekvencije, dok iskrni rasponi prekidaju ovaj tok, vraćajući normalnu operaciju sistema. Ova ponasanje otvaranja i zatvaranja slično je "ventilu"—otvoreno za munjasti tok i zatvoreno za tok mrežne frekvencije—zbog čega se naziva "ventil tip" zaštitni od prekomernih napona.
(2) Zaštitni rasponi i izbacivanje (cijev tip) zaštita od prekomernih napona
Zaštitni rasponi su najjednostavniji oblik zaštite od munje. Obično su izrađeni od galvaniziranog okruglog čelika, sastoje se od glavnog raspona i pomoćnog raspona. Glavni raspon je u kutastom obliku i postavljen horizontalno kako bi se olakšalo gasenje luka. Pomoćni raspon je spojen u seriju ispod glavnog raspona kako bi se sprečilo lažno aktiviranje uzrokovanjem kratanja raspona stranim predmetima. Zbog njihove slabe sposobnosti gasenja luka, zaštitni rasponi obično se koriste u kombinaciji sa automatskim uređajima za ponovno zatvaranje kako bi se poboljšala pouzdanost snabdevanja strujom.
Izbacivanje (cijev tip) zaštitni od prekomernih napona sastoji se od iskrnog raspona smještenog unutar cijevi generisanja gasa, formiranog od štapovitih i kolčićnih elektroda. Uključuje i interne i eksterne raspon. Cijev zaštitnog od prekomernih napona izrađena je od materijala poput kompozitnih fenoličnih resina koje generišu velike količine gasa kada se zagrije. Kada se desi prekomerna naponska talasna boja od munje, i interni i eksterni rasponi se ruše, preusmjeravajući munjasti tok ka zemlji. Sljedeći tok mrežne frekvencije stvara jak luk, koji sagori zid cijevi i generiše visokopritisnog gasa ispuštenog kroz otvoreni kraj, brzo gašenjem luka. Eksterni raspon tada vraća svoju izolaciju, izolirajući zaštitni od prekomernih napona od sistema i omogućavajući da se normalna operacija nastavi.
Pošto se zaštitni od prekomernih napona na temelju izbacivanja oslanjaju na tok mrežne frekvencije za generisanje gasa za gasenje luka, prekomjerne strujne krivulje mogu proizvesti previše gasa, premašujući mehaničku čvrstoću cijevi i dovodeći do rupture ili eksplozije. Stoga, zaštitni od prekomernih napona na temelju izbacivanja obično se koriste u vanjskim instalacijama.
(3) Bezrasponske metal-oksidne (cink-oksida) zaštite od prekomernih napona
Takođe poznate kao varistor tip zaštita, ovo je moderna vrsta uvedena u 1970-ima. U poređenju s tradicionalnim ventil tip zaštita od prekomernih napona sa šamotom, bezrasponske metal-oksidne zaštite od prekomernih napona nemaju iskrne raspona i koriste cink-oksidi (ZnO) umjesto šamota. Izgrađene su od slojeva ZnO varistor diskova s odličnim nelinearnim karakteristikama napona-struja: pod normalnim naponom mrežne frekvencije, pokazuju vrlo visok otpor, efektivno suptilajući curenje struje; tijekom prekomernih napona od munje, njihov otpor se značajno smanjuje, omogućavajući efikasno ispuštanje talasne boje.
Metal-oksidne zaštite od prekomernih napona nude superiornu zaštitnu karakteristiku, visoku kapacitet ispuštanja, niski ostatak napona, kompaktnu veličinu i lakštu instalaciju. Danas se široko koriste za zaštitu visokih i niskih napona električne opreme.
(4) Rasponske metal-oksidne (cink-oksida) zaštite od prekomernih napona
Ove se sastoje od ZnO rezistor diskova povezanih u seriju sa iskrnim rasponom unutar kompozitne kuće. Jednotka raspona obično sadrži dva diskasta elektroda ugrađena u keramički prsten. One su prikladne za sisteme sa neefikasno zemljenim neutralnim vodovima. Tijekom jednofaznih kršenja prema zemlji ili ark zemljenja, mogu se dogoditi teške privremene prekomerne naponske talasne boje dugog trajanja, koje bezrasponske ZnO zaštite od prekomernih napona možda ne mogu izdržati. Rasponske ZnO zaštite od prekomernih napona prevladavaju ovu ograničenja: tijekom umjerene prekomernih napona, kao što su jednofazno zemljenje ili niski nivo ark zemljenja, serijski raspon ostaje neaktiviran, izolirajući zaštitni od prekomernih napona od sistema.
Kada prekomerna naponska talasna boja premaši prag, raspon iskriva, a odlične nelinearne karakteristike ZnO blokova ograničavaju ostatak napona na zaštitnom od prekomernih napona. Rezultirajući prateći tok je vrlo mali i lako se prekida, pružajući pouzdanu izolacijsku zaštitu za transformatore i drugu opremu.
Testni projekti i standardi za zaštite od prekomernih napona
(1) Mere izolacionog otpora
Koristite megohmmeter od 2500 V ili više. Za zaštite od prekomernih napona nominalne napone 35 kV i više, izolacioni otpor ne bi smio biti manji od 2500 MΩ; za one ispod 35 kV, ne bi smio biti manji od 1000 MΩ.
(2) Mere DC napona na 1 mA i curenja struje na 75% tog napona
Primijenite DC napon na zaštitni od prekomernih napona. Dok se napon povećava, curenje struje se postepeno povećava. Zapamtite vrijednost napona kada struja doseže 1 mA. Zatim smanjite napon na 75% ove vrijednosti i zapamtite curenje struje, koje ne bi smelo premašiti 50 μA.
(3) AC curenje struje pod radnim naponom
Izmjerite ukupnu struju, struju otpora ili gubitak snage pod radnim naponom. Izmjerene vrijednosti ne bi trebale pokazivati značajne promjene u odnosu na početne vrijednosti. Ako se struja otpora udvostruči, zaštitni od prekomernih napona mora biti deenergiziran za inspekciju.
Ako se struja otpora poveća na 150% početne vrijednosti, period nadzora treba odgovarajuće skratiti.
Ovi testovi mogu otkriti defekte poput vlaga, starosti blokova zaštita od prekomernih napona, površinskih pukotina i deteriogene izolacije.
