Bakit Gumamit ng Surge Arresters? Pangunahing mga Paggamit at Benepisyo
Pamamahala ng Surge Arresters
Kapag ang overvoltage na dulot ng kidlat ay lumakad sa pamamagitan ng overhead power lines patungo sa substation o iba pang mga gusali, maaari itong magdulot ng flashovers o kahit na makasira sa insulation ng mga electrical equipment. Kaya, kung isang protective device—na tinatawag na surge arrester—ay konektado sa parallel sa power inlet ng equipment (tulad ng ipinapakita sa Figure 1), ito ay agad na aktibo kapag ang overvoltage ay umabot sa preset operating level.
Ang arrester ay ididischarge ang excess energy, naglimita ng voltage surge at nagprotekta sa insulation ng equipment. Kapag bumalik na ang voltage sa normal, ang surge arrester ay mabilis na bumabalik sa orihinal na estado nito, nag-uugnay na ang sistema ay maaaring magpatuloy sa normal na power supply.
Ang protektibong punsiyon ng isang surge arrester ay batay sa tatlong prerequisites:
Proper coordination sa pagitan ng volt-second characteristic ng arrester at ng protected insulation.
Ang residual voltage ng arrester ay dapat mas mababa kaysa sa impulse withstand strength ng protected insulation.
Ang protected insulation ay dapat nasa loob ng protective distance ng arrester.
Mga requirement para sa surge arresters:
Hindi dapat ito ididischarge sa normal na operating conditions, ngunit dapat tama at reliable na ididischarge sa panahon ng overvoltage events.
Dapat may self-recovery capability pagkatapos ng discharge (i.e., bumalik sa high-impedance state at i-extinguish ang follow current).
Mga key parameters ng surge arresters:
Continuous operating voltage: Ang pinahihintulutang long-term operating voltage. Dapat ito equal o mas malaki kaysa sa maximum phase-to-ground voltage ng sistema.
Rated voltage (kV): Ang pinakamataas na pinahihintulutang short-time power frequency voltage (kilala rin bilang arc extinguishing voltage). Ang arrester ay maaaring gumana at i-extinguish ang arc sa ilalim ng voltage na ito, ngunit hindi maaaring magpatuloy sa long-term operation sa antas na ito. Ito ay isang fundamental na parameter para sa disenyo, characteristics, at structure ng arrester.
Power frequency withstand volt-second characteristic: Nagpapahiwatig ng kakayahang ng metal-oxide (e.g., ZnO) arrester na tanggapin ang overvoltages sa ilalim ng naka-specify na kondisyon.
Nominal discharge current (kA): Ang peak value ng discharge current na ginagamit para sa classification ng arrester ratings. Para sa mga sistema 220 kV at ibaba, hindi dapat ito lumampas sa 5 kA.
Residual voltage: Ang voltage na lumilitaw sa mga terminal ng arrester kapag na-subject sa surge current. Maaari ring intindihin ito bilang ang pinakamataas na voltage na maaaring tanggapin ng arrester sa panahon ng discharge event.
Mga Uri at Structure ng Surge Arresters
Ang karaniwang uri ng surge arresters ay kinabibilangan ng valve-type, tube-type, protective gaps, at metal-oxide arresters.
(1) Valve-Type Surge Arresters
Ang valve-type arresters ay pangunahing nahahati sa dalawang kategorya: conventional valve-type at magnetic-blow valve-type. Ang conventional type ay kasama ang FS at FZ series; ang magnetic-blow type ay kasama ang FCD at FCZ series.
Ang simbolo sa model designation ay nangangahulugan ng:
F – Valve-type arrester;
S – Para sa distribution systems;
Z – Para sa substations;
Y – Para sa transmission lines;
D – Para sa rotating machines;
C – May magnetic-blow discharge gap.
Isang valve-type arrester ay binubuo ng flat spark gaps na in-series sa silicon carbide (SiC) resistor discs (valve blocks), sealed sa loob ng porcelain housing, na may external terminal bolts para sa installation. Ang silicon carbide resistor ay nagpapakita ng nonlinear characteristics: ito ay may mataas na resistance sa ilalim ng normal voltage, na bumababa nang biglaan sa panahon ng overvoltage.
Sa ilalim ng normal na power frequency voltage, ang spark gaps ay nananatiling non-conductive. Kapag nagkaroon ng lightning overvoltage, ang spark gaps ay nabubura. Ang resistance ng SiC blocks ay bumababa nang significant, na pinapayagan ang mataas na lightning current na maipadala nang ligtas sa lupa. Pagkatapos ng surge, ang SiC blocks ay nagpapakita ng mataas na resistance sa power frequency follow current, habang ang spark gaps ay nag-i-interrupt ng current na ito, na nagbabalik sa normal na operasyon ng sistema. Ang on-off behavior na ito ay parang "valve"—open para sa lightning current at closed para sa power frequency current—kaya ang pangalan "valve-type" arrester.
(2) Protective Gaps at Expulsion (Tube) Arresters
Ang protective gaps ay ang pinakasimpleng anyo ng lightning protection. Karaniwang gawa ito ng galvanized round steel, binubuo ng main gap at auxiliary gap. Ang main gap ay may angular configuration at nakainstal ng horizontal para mapadali ang arc extinction. Ang auxiliary gap ay konektado sa series sa ilalim ng main gap upang maiwasan ang false triggering dahil sa mga foreign objects na nag-short circuit sa gap. Dahil sa kanilang mahina na arc-quenching capability, ang protective gaps ay karaniwang ginagamit kasama ng automatic reclosing devices upang mapabuti ang reliabilidad ng power supply.
Ang expulsion (tube-type) arrester ay binubuo ng spark gap na nasa loob ng gas-generating tube, na nabuo ng rod at ring electrodes. Ito ay kasama ng internal at external gaps. Ang arrester tube ay gawa ng materyales tulad ng fiber-reinforced phenolic resin na nagpoproduce ng malaking volume ng gas kapag init. Kapag nagkaroon ng lightning overvoltage, ang internal at external gaps ay nabubura, na nagdidivert ng lightning current patungo sa lupa. Ang sumunod na power frequency current ay nagpapabuo ng strong arc, na nagpapaso sa tube wall at nagpoproduce ng high-pressure gas na inililipat sa open end, na mabilis na nag-eextinguish ng arc. Ang external gap ay nagbabalik ng insulation nito, na nagiiwas sa arrester mula sa sistema at nagpapahintulot sa normal na operasyon na magsimula muli.
Dahil ang expulsion arresters ay umaasa sa power frequency current upang makapag-produce ng gas para sa arc extinction, ang excessive short-circuit currents ay maaaring magproduce ng sobrang dami ng gas, na lumalampas sa mechanical strength ng tube at nagdudulot ng rupture o explosion. Kaya, ang expulsion arresters ay karaniwang ginagamit sa outdoor installations.
(3) Gapless Metal-Oxide (Zinc Oxide) Surge Arresters
Tinatawag din itong varistor arresters, ito ay isang modernong uri na ipinakilala noong 1970s. Sa paghahambing sa traditional na silicon carbide valve-type arresters, ang gapless metal-oxide arresters ay walang spark gaps at gumagamit ng zinc oxide (ZnO) sa halip na silicon carbide. Ito ay ginagawa mula sa stacked ZnO varistor discs na may excellent nonlinear voltage-current characteristics: sa ilalim ng normal na power frequency voltage, ito ay nagpapakita ng napakataas na resistance, na effectively nag-suppress ng leakage current; sa panahon ng lightning overvoltage, ang resistance nito ay bumababa nang biglaan, na pinapayagan ang efficient discharge ng surge current.
Ang metal-oxide arresters ay nagbibigay ng superior na protection characteristics, high discharge capacity, low residual voltage, compact size, at madaling installation. Ito ay ngayon ay malawakang ginagamit para sa proteksyon ng high- at low-voltage electrical equipment.
(4) Gapped Metal-Oxide (Zinc Oxide) Surge Arresters
Ito ay binubuo ng ZnO resistor discs na in-series sa spark gap sa loob ng composite housing. Ang gap unit ay karaniwang kasama ng dalawang disc-shaped electrodes na nakasara sa ceramic ring. Ito ay suitable para sa non-effectively grounded neutral systems. Sa panahon ng single-phase-to-ground faults o arc grounding, maaaring magkaroon ng severe transient overvoltages ng mahabang duration, na hindi maaaring tanggapin ng gapless ZnO arresters. Ang gapped ZnO arresters ay nakakalampasan ng limitasyon na ito: sa moderate overvoltages tulad ng single-phase grounding o low-level arc grounding, ang series gap ay nananatiling inactive, na nagiiwas sa arrester mula sa sistema.
Kapag ang overvoltage ay lumampas sa threshold, ang gap sparks over, at ang excellent nonlinear characteristics ng ZnO blocks ay nag-limit ng residual voltage sa arrester. Ang resulting follow current ay napakaliit at madaling interrupt, nagbibigay ng reliable insulation protection para sa transformers at iba pang equipment.
Mga Test Items at Standards para sa Surge Arresters
(1) Insulation Resistance Measurement
Gumamit ng megohmmeter na 2500 V o mas mataas. Para sa arresters na rated 35 kV at ibabaw, ang insulation resistance ay dapat hindi bababa sa 2500 MΩ; para sa mga ito na ibaba ng 35 kV, hindi bababa sa 1000 MΩ.
(2) Measurement ng DC Voltage sa 1 mA at Leakage Current sa 75% ng Voltage na Ito
I-apply ang DC voltage sa arrester. Habang ang voltage ay tumataas, ang leakage current ay unti-unting tumataas. I-record ang voltage value kapag ang current ay umabot sa 1 mA. Pagkatapos, i-reduce ang voltage sa 75% ng value na ito at i-record ang leakage current, na hindi dapat lumampas sa 50 μA.
(3) AC Leakage Current sa Operating Voltage
I-measure ang total current, resistive current, o power loss sa ilalim ng operating voltage. Ang measured values ay dapat wala nang significant change sa initial values. Kung ang resistive current ay doble, ang arrester ay dapat i-de-energize para sa inspection.
Kung ang resistive current ay tumataas sa 150% ng initial value, ang monitoring cycle ay dapat ma-appropriate na ma-shorten.
Ang mga test na ito ay maaaring detekta ang mga defect tulad ng moisture ingress o aging ng arrester valve blocks, surface cracks, at insulation deterioration.
