Neden Yükseltilmiş Gerilim Koruyucularını Kullanırız? Ana Fonksiyonları ve Faydaları
Yüksek Gerilim Koruyucularının Fonksiyonu
Yıldırım nedeniyle oluşan aşırı gerilim havadan güç hatları boyunca bir alt istasyona veya diğer binalara ulaştığında, elektrik ekipmanlarının yalıtımını delip geçmesine veya parlamalara neden olabilir. Bu nedenle, koruma cihazı (yüksek gerilim koruyucusu olarak bilinir) ekipmanın güç girişinde paralel olarak bağlanırsa (Gösterge 1'de gösterildiği gibi), aşırı gerilim önceden belirlenmiş çalışma seviyesine ulaştığında hemen etkinleşecektir.
Koruyucu fazla enerjiyi boşaltarak, gerilim ani artışı sınırlar ve ekipmanın yalıtımını korur. Gerilim normal seviyeye döndüğünde, yüksek gerilim koruyucusu hızlı bir şekilde orijinal durumuna geri döner, böylece sistem normal güç sağlayışını sürdürmeyi sağlar.
Bir yüksek gerilim koruyucusunun koruma fonksiyonu üç ön koşula dayanır:
Koruyucunun saniye-bazlı volt karakteristiği ile korunan yalıtımın saniye-bazlı volt karakteristiği arasındaki uygun koordinasyon.
Koruyucunun kalıntı geriliminin, korunan yalıtımın darbe dayanım gücünden düşük olması.
Korunan yalıtımın, koruyucunun koruma mesafesinin içinde olması.
Yüksek gerilim koruyucularına yönelik gereklilikler:
Normal çalışma koşullarında boşalmaması, ancak aşırı gerilim olaylarında doğru ve güvenilir bir şekilde boşalması gerekir.
Boşalma sonrası kendini yeniden kurma yeteneğine sahip olması (yani yüksek impedanslı durumuna dönüp, iz akımını söndürmesi).
Yüksek gerilim koruyucularının ana parametreleri:
Sürekli çalışma gerilimi: İzin verilen uzun süreli çalışma gerilimi. Bu, sistemin maksimum faza-ara toprak gerilimine eşit veya daha büyük olmalıdır.
Nominal gerilim (kV): Maksimum izin verilen kısa süreli güç frekansı gerilimi (ayrıca yayılım gerilimi olarak da bilinir). Koruyucu bu gerilim altında çalışabilir ve yayılımı söndürebilir, ancak bu seviyede uzun süreli işlem yapamaz. Bu, koruyucunun tasarım, özellikleri ve yapısı için temel bir parametredir.
Güç frekansı dayanıklılık volt-saniye karakteristiği: Belirli koşullar altında metal oksit (örneğin, ZnO) koruyucunun aşırı gerilimlere karşı dayanıklılığını gösterir.
Nominal boşaltma akımı (kA): Koruyucu derecelendirmelerini sınıflandırmak için kullanılan boşaltma akımının zirve değeri. 220 kV ve altındaki sistemlerde, bu değer 5 kA'yu aşmamalıdır.
Kalıntı gerilim: Ani akım altında koruyucunun uçlarındaki gerilim. Ayrıca, bir boşaltma olayı sırasında koruyucunun dayanabileceği maksimum gerilim olarak da anlaşılabilir.
Yüksek Gerilim Koruyucularının Türleri ve Yapıları
Yüksek gerilim koruyucularının yaygın türleri, valf tipi, tüp tipi, koruma boşluğu ve metal oksit koruyucularıdır.
(1) Valf Tipi Yüksek Gerilim Koruyucuları
Valf tipi koruyucular, geleneksel valf tipi ve manyetik üfleyici valf tipi olmak üzere iki ana kategoriye ayrılır. Geleneksel tip FS ve FZ serisini; manyetik üfleyici tip FCD ve FCZ serisini içerir.
Model belirtimindeki simgeler şunları ifade eder:
F – Valf tipi koruyucu;
S – Dağıtım sistemleri için;
Z – Alt istasyonlar için;
Y – Gönderim hatları için;
D – Dönen makineler için;
C – Manyetik üfleyici boşluklu.
Bir valf tipi yüksek gerilim koruyucusu, serideki düz kıvılcım boşluklarıyla karbon silis (SiC) direnç diskleri (valf blokları) ve dış terminal vidalarıyla monte edilmiş porselen bir kaplama içinde mühürlenmiştir. Karbon silis direnç doğrusal olmayan özellikler gösterir: normal gerilim altında yüksek dirençlidir, aşırı gerilim sırasında ise keskin bir şekilde düşer.
Normal güç frekansı gerilimi altında, kıvılcım boşlukları iletken olmaz. Bir yıldırım aşırı gerilimi oluştuğunda, kıvılcım boşlukları çöker. SiC bloklarının direnci çok azalır, böylece yüksek yıldırım akımı güvenli bir şekilde yere yönlendirilir. Ani dalga sonrasında, SiC bloklar güç frekansı iz akımına karşı yüksek direnç gösterirken, kıvılcım boşlukları bu akımı keser ve normal sistem işlemini tekrar sağlar. Bu aç-kapa davranış, "valf"e benzer - yıldırım akımı için açık, güç frekansı akımı için kapalı - bu nedenle "valf tipi" yüksek gerilim koruyucusu adı verilmiştir.
(2) Koruma Boşlukları ve Atıcı (Tüp) Yüksek Gerilim Koruyucuları
Koruma boşlukları, yıldırım korumasının en basit formudur. Genellikle galvanize yuvarlak çeliğden yapılmıştır ve bir ana boşluk ve yardımcı bir boşluktan oluşur. Ana boşluk, yayılımın sonlandırılmasını kolaylaştırmak için açı şeklinde ve yatay olarak monte edilmiştir. Ana boşluğun altında seri bağlı olan yardımcı boşluk, yabancı nesnelerin boşluğu kısarak yanlış tetiklenmeyi önlemek için kullanılır. Zayıf yayılım söndürme yetenekleri nedeniyle, koruma boşlukları genellikle otomatik yeniden kapama cihazlarıyla birlikte kullanılarak güç sağlayış güvenilirliğini artırır.
Atıcı (tüp tipi) yüksek gerilim koruyucusu, çubuk ve halka elemanlarından oluşan gaz üretme tüpü içinde barındırılan bir kıvılcım boşluğu içerir. Hem iç hem de dış boşlukları vardır. Koruyucu tüp, ısıtıldığında büyük hacimde gaz üreten lif takviyeli fenolik rezinden yapılmıştır. Bir yıldırım aşırı gerilimi olduğunda, hem iç hem de dış boşluk çöker ve yıldırım akımı yere yönlendirilir. Sonraki güç frekansı akımı güçlü bir kıvılcım oluşturur, tüp duvarını yakar ve yüksek basınçlı gazı açık uçtan atar, böylece kıvılcımı hızlı bir şekilde sonlandırır. Dış boşluk daha sonra yalıtımını tekrar sağlar, koruyucuyu sistemden izole eder ve normal işlemin devam etmesine izin verir.
Atıcı yüksek gerilim koruyucular, güç frekansı akımıyla gaz üretmek için bağımlıdır, bu nedenle aşırı kısa devre akımları çok fazla gaz üretir, tüpün mekanik dayanımını aşarak patlama veya patlamaya neden olabilir. Bu nedenle, atıcı yüksek gerilim koruyucular genellikle dış ortamlarda kullanılır.
(3) Boşluksız Metal Oksit (Çinko Oksit) Yüksek Gerilim Koruyucuları
Ayrıca varistör koruyucular olarak da bilinir, bu modern tür 1970'lerde tanıtılmıştır. Geleneksel karbon silis valf tipi yüksek gerilim koruyuculara göre, boşluksız metal oksit yüksek gerilim koruyucuları herhangi bir kıvılcım boşluğu yoktur ve karbon silis yerine çinko oksit (ZnO) kullanır. Çift ZnO varistör disklerinden inşa edilir ve mükemmel doğrusal olmayan volt-akım özellikleri gösterir: normal güç frekansı gerilimi altında çok yüksek dirençlidir, sızıntı akımını etkili bir şekilde bastırır; yıldırım aşırı gerilimi altında dirençleri keskin bir şekilde düşer, ani dalga akımını etkili bir şekilde boşaltır.
Metal oksit yüksek gerilim koruyucular, üst düzey koruma özellikleri, yüksek boşaltma kapasitesi, düşük kalıntı gerilim, kompakt boyut ve kolay montaj sunar. Şimdi, hem yüksek hem de düşük gerilimli elektrik ekipmanlarının korumasında yaygın olarak kullanılmaktadır.
(4) Boşluklu Metal Oksit (Çinko Oksit) Yüksek Gerilim Koruyucuları
Bu, bir kompozit kaplama içinde bir kıvılcım boşluğuyla seride bağlantılı ZnO direnç disklerinden oluşur. Boşluk birimi genellikle bir seramik halka içinde kaplı iki disk şeklindeki elemandan oluşur. Etkin bir şekilde yerleştirilmemiş nötral sistemler için uygundur. Tek faz-ara toprağa veya ark toprağa rastlanan tek faz hatası sırasında, uzun süreli ciddi geçici aşırı gerilimler oluşabilir, bu boşluksız ZnO yüksek gerilim koruyucular tarafından dayanılamayabilir. Boşluklu ZnO yüksek gerilim koruyucular bu kısıtlamayı aşar: orta düzeyde aşırı gerilimler (tek faz toprağa veya düşük düzey ark toprağa) sırasında, serili boşluk pasif kalır, koruyucuyu sistemden izole eder.
Aşırı gerilim belirli bir eşiği aştiğında, boşluk kıvılcım çıkar ve ZnO blokların mükemmel doğrusal olmayan özellikleri, koruyucunun ucundaki kalıntı gerilimi sınırlar. Sonuçta oluşan iz akımı çok küçüktür ve kolayca kesilebilir, transformatorlar ve diğer ekipmanlar için güvenilir yalıtım koruması sağlar.
Yüksek Gerilim Koruyucuları için Test Öğeleri ve Standartlar
(1) yalıtım Direnç Ölçümü
2500 V veya daha yüksek bir megohmmetre kullanın. 35 kV ve üzeri nominal gerilime sahip yüksek gerilim koruyucular için yalıtım direnci 2500 MΩ'nin altında olmamalıdır; 35 kV'in altındaki yüksek gerilim koruyucular için ise 1000 MΩ'nin altında olmamalıdır.
(2) 1 mA'da DC Gerilim ve Bu Gerilimin %75'indeki Sızıntı Akımı Ölçümü
Yüksek gerilim koruyucusuna DC gerilim uygulayın. Gerilim arttıkça, sızıntı akımı yavaş yavaş artar. Akım 1 mA'ya ulaştığında gerilim değerini kaydedin. Daha sonra bu değerin %75'ine indirin ve sızıntı akımını kaydedin, bu değer 50 μA'yı aşmamalıdır.
(3) İşlem Geriliminde AC Sızıntı Akımı
İşlem geriliminde toplam akım, direnç akımı veya güç kaybını ölçün. Ölçülen değerler, başlangıç değerlerine kıyasla önemli bir değişiklik göstermemelidir. Eğer direnç akımı ikiye katlandığında, yüksek gerilim koruyucusu kontrol için devre dışı bırakılmalıdır.
Eğer direnç akımı ilk değerinin %150'ye yükseldiyse, izleme döngüsü uygun şekilde kısaltılmalıdır.
Bu testler, yüksek gerilim koruyucu valf bloklarındaki nem girişi veya yaşlanma, yüzey çatlakları ve yalıtım bozulması gibi defektleri tespit etmektedir.
