Varför använda överspännings skydd? Nyckelfunktioner & fördelar
Funktionen av överspänningsbeläggare
När blixtinducerad överspänning sprider sig längs överbryggar till en anläggning eller andra byggnader, kan det orsaka gnistflöden eller till och med tränga igenom isoleringen på elektriska enheter. Därför, om ett skyddande enhet - kallat en överspänningsbeläggare - är anslutet parallellt vid ströminmatningen till utrustningen (som visas i figur 1), kommer den att omedelbart aktiveras när överspänningen når den förinställda driftsnivån.
Beläggaren släpper den överflödiga energin, begränsar spänningssprången och skyddar utrustningens isolering. När spänningen återgår till normal nivå återställer överspänningsbeläggaren snabbt sin ursprungliga tillstånd, vilket säkerställer att systemet kan fortsätta med normal strömleverans.
Skyddsfunktionen hos en överspänningsbeläggare baseras på tre förutsättningar:
Rätt samordning mellan beläggarens volt-sekund-karakteristik och den skyddade isoleringens.
Beläggarens restspänning måste vara lägre än den skyddade isoleringens impulstålighet.
Den skyddade isoleringen måste ligga inom skyddsavståndet för beläggaren.
Krav på överspänningsbeläggare:
Det ska inte släppa under normala driftförhållanden, men måste släppa korrekt och pålitligt under överspänningshändelser.
Det måste ha självåterställningsförmåga efter släpp (det vill säga återgå till sitt höga impedanstillstånd och släcka efterström).
Nyckelparametrar för överspänningsbeläggare:
Kontinuerlig driftspänning: Den tillåtna långsiktiga driftsspänningen. Den bör vara lika med eller större än systemets maximala fas-jordspänning.
Nominalspänning (kV): Den maximala tillåtna korttidsnätspänningen (även känd som bågläckagespänning). Beläggaren kan fungera och släcka bågen vid denna spänning, men kan inte hålla i långsiktig drift vid detta nivå. Det är en grundläggande parameter för beläggarens design, egenskaper och struktur.
Nätspänningstäthetskarakteristik: Anger förmågan hos en metalloxid (t.ex. ZnO) beläggare att motstå överspänningar under angivna förhållanden.
Nominal avlösningströskraft (kA): Toppvärdet av avlösningströskraft som används för att klassificera beläggarnas betygelser. För system 220 kV och nedåt, bör det inte överstiga 5 kA.
Restspänning: Spänningen som uppträder över beläggarens terminaler vid exponering för en spänningssprång. Det kan också förstås som den maximala spänningen som beläggaren kan tåla under en avlösningshändelse.
Typer och struktur av överspänningsbeläggare
Vanliga typer av överspänningsbeläggare inkluderar ventiltyp, rörtyp, skyddsgap och metalloxidbeläggare.
(1) Ventiltyp av överspänningsbeläggare
Ventiltyp av beläggare delas huvudsakligen in i två kategorier: konventionell ventiltyp och magnetiskt blåst ventiltyp. Den konventionella typen inkluderar FS- och FZ-serien; den magnetiskt blåsta typen inkluderar FCD- och FCZ-serien.
Symbolerna i modellbeteckningen står för:
F – Ventiltyp av beläggare;
S – För distributionsystem;
Z – För anläggningar;
Y – För överföringslinjer;
D – För roterande maskiner;
C – Med magnetiskt blåst avlösningsspricka.
En ventiltyp av beläggare består av platta gnistgap i serie med siliciumkarbid (SiC) resistorplattor (ventilblock), inneslutna i en porcelankropp, med externa terminalskruvar för installation. Siliciumkarbidresistorn visar icke-linjära egenskaper: den har hög resistans under normal spänning, vilken drastiskt minskar under överspänning.
Under normal nätspänning förblir gnistgapen icke-ledande. När en blixtinducerad överspänning uppstår bryts gnistgapen ner. Resistansen hos SiC-blocken minskar betydligt, vilket gör att den höga blixtströmmen kan flöda säkert till mark. Efter spänningssprånget presenterar SiC-blocken hög resistans mot nätspänningsefterström, medan gnistgapen avbryter denna ström, vilket återställer det normala systemet. Detta på-och-av-beteende liknar en "ventil" - öppen för blixtström och stängd för nätspänningström - därav namnet "ventiltyp" beläggare.
(2) Skyddsgap och avdrivande (rörtyp) beläggare
Skyddsgap är den enklaste formen av blixtskydd. Vanligtvis tillverkad av galvaniserad rund stål, består de av ett huvudgap och ett hjälpandegap. Huvudgapet är formerat i en vinkelkonfiguration och monterat horisontellt för att underlätta bågsläckning. Ett hjälpandegap är kopplat i serie nedanför huvudgapet för att förhindra falskt utlösnings av främmande föremål som shortar gapet. På grund av deras svaga bågsläckningsförmåga används skyddsgap ofta tillsammans med automatiska återkopplingsenheter för att förbättra strömförsörjningens tillförlitlighet.
Avdrivande (rörtyp) beläggare består av en gnistgap innesluten i en gasproducerande rör, bildad av stav- och ringelektroder. Den inkluderar både interna och externa gap. Beläggarröret är tillverkat av material som fiberarmad fenolhartharts som producerar stora mängder gas vid upphettning. När en blixtinducerad överspänning uppstår bryts både interna och externa gap, vilket ledar blixtströmmen till mark. Den efterföljande nätspänningströmmen skapar en stark båge, vilket bränner rörets vägg och genererar högtrycksgas som uttvingas genom det öppna änden, vilket snabbt släcker bågen. Extern gap återställer sedan sin isolering, isolerar beläggaren från systemet och tillåter normal drift att återupptas.
Eftersom avdrivande beläggare beror på nätspänningström för att producera gas för bågsläckning, kan överdrivna kortslutningsströmmar producera för mycket gas, vilket överskrider rörets mekaniska styrka och orsakar sprickning eller explosion. Därför används avdrivande beläggare vanligtvis i utomhusinstallationer.
(3) Gapfria metalloxid (zinkoxid) överspänningsbeläggare
Även känd som varistorbeläggare, dessa är en modern typ introducerad på 1970-talet. Jämfört med traditionella siliciumkarbid ventiltyp beläggare, har gapfria metalloxidbeläggare inga gnistgap och använder zinkoxid (ZnO) istället för siliciumkarbid. De är konstruerade av staplade ZnO-varistorplattor med utmärkta icke-linjära spänning-strömkarakteristiker: under normal nätspänning visar de mycket hög resistans, vilket effektivt undertrycker läckageström; under blixtinducerad överspänning minskar deras resistans drastiskt, vilket tillåter effektiv avlösning av spänningssprång.
Metalloxidbeläggare erbjuder överlägsna skyddegenskaper, hög avlösningsekonomi, låg restspänning, kompakt storlek och enkel installation. De används nu vidt och bredt för skydd av både hög- och lågspännings elektriska utrustning.
(4) Gapfria metalloxid (zinkoxid) överspänningsbeläggare
De består av ZnO-resistorplattor kopplade i serie med en gnistgap inuti en kompositkropp. Gapenheten innehåller vanligtvis två diskformade elektroder inneslutna i en keramisk ring. De är lämpliga för system utan effektivt jordat neutral. Vid enfasig jordkontakt eller bågjordning kan allvarliga transitoriska överspänningar av lång varaktighet uppstå, vilket gapfria ZnO-beläggare kanske inte kan tåla. Gapfria ZnO-beläggare övervinner denna begränsning: vid moderata överspänningar som enfasig jordkontakt eller lågnivå bågjordning, förblir seriegapet inaktivt, vilket isolerar beläggaren från systemet.
När överspänningen överskrider en tröskel, gnistrar gapet över, och de utmärkta icke-linjära egenskaperna hos ZnO-blocken begränsar restspänningen över beläggaren. Den resulterande efterströmmen är mycket liten och lätt avbrytes, vilket ger tillförlitligt isoleringsskydd för transformer och annan utrustning.
Testobjekt och standarder för överspänningsbeläggare
(1) Mätning av isolationsmotstånd
Använd en megohmmeter på 2500 V eller högre. För beläggare med en nominalspänning på 35 kV och över bör isolationsmotståndet vara minst 2500 MΩ; för de under 35 kV, minst 1000 MΩ.
(2) Mätning av likspänning vid 1 mA och läckageström vid 75% av denna spänning
Tillämpa en likspänning på beläggaren. När spänningen ökar, stiger läckageströmmen gradvis. Anteckna spänningsvärdet när strömmen når 1 mA. Sänk sedan spänningen till 75% av detta värde och anteckna läckageströmmen, som inte bör överstiga 50 μA.
(3) Alternativ läckageström under driftspänning
Mät den totala strömmen, resistiva strömmen eller energiförlusten under driftspänning. De mätta värdena bör visa ingen betydande förändring jämfört med initiala värden. Om resistiva strömmen fördubblas måste beläggaren avspännas för inspektion.
Om resistiva strömmen ökar till 150% av det initiala värdet bör övervakningscykeln anpassas.
Dessa tester kan identifiera defekter som fuktinträngning eller åldrande av beläggarens ventilblock, ytkracksbildning och isoleringsförvärkning.
