Чому використовувати загасачі перенапруги Основні функції та переваги
Функція грозозахисних пристроїв
Коли наднапруга, викликана блискавкою, поширюється по повітряних електромережах до підстанцій або інших будівель, вона може спричинити пробій або навіть проколоти ізоляцію електрообладнання. Тому, якщо захисний пристрій, відомий як грозозахисний пристрій, підключений паралельно до входу живлення обладнання (як показано на рисунку 1), він одразу ж активується, коли наднапруга досягає передставленого рівня роботи.
Грозозахисний пристрій виводить зайве енергію, обмежуючи наднапругу та захищаючи ізоляцію обладнання. Коли напруга повертається до нормального рівня, грозозахисний пристрій швидко повертається до свого початкового стану, забезпечуючи, що система може продовжувати нормальне живлення.
Захисна функція грозозахисного пристрою базується на трьох передумовах:
Правильна координація між характеристиками вольт-секунд грозозахисного пристрою та захищеної ізоляції.
Залишкова напруга грозозахисного пристрою має бути нижчою, ніж імпульсна стійкість захищеної ізоляції.
Захищена ізоляція має знаходитися в межах захисної дистанції грозозахисного пристрою.
Вимоги до грозозахисних пристроїв:
При нормальних умовах роботи він не повинен виводити енергію, але має правильно та надійно виводити її під час подій наднапруги.
Він має мати здатність самовідновлення після виведення (тобто повернутися до свого високоопорного стану та припинити слідуючий струм).
Основні параметри грозозахисних пристроїв:
Неперервна робоча напруга: допустима довготривала робоча напруга. Вона має дорівнювати або перевищувати максимальну фазно-земну напругу системи.
Номінальна напруга (кВ): максимальна допустима короткотривала напруга мережевої частоти (також відома як напруга знищення дуги). Грозозахисний пристрій може працювати та знищувати дугу при цій напрузі, але не може підтримувати довготривалу роботу на цьому рівні. Це основний параметр для проектування, характеристик та конструкції грозозахисного пристрою.
Характеристика витриваності на напругу мережевої частоти: показує здатність металооксидного (наприклад, ZnO) грозозахисного пристрою витривати наднапруги за визначених умов.
Номінальний струм виведення (кА): пікове значення струму виведення, яке використовується для класифікації рейтингів грозозахисного пристрою. Для систем 220 кВ і нижче, він не повинен перевищувати 5 кА.
Залишкова напруга: напруга, яка з'являється на кінцевих контактах грозозахисного пристрою при дії стрімкого струму. Її також можна розуміти як максимальну напругу, яку грозозахисний пристрій може витривати під час виведення.
Типи та конструкція грозозахисних пристроїв
Загальні типи грозозахисних пристроїв включають клапанні, трубчасті, захисні проміжки та металооксидні грозозахисні пристрої.
(1) Клапанні грозозахисні пристрої
Клапанні грозозахисні пристрої головним чином поділяються на дві категорії: звичайні клапанні та магнітно-дульні клапанні. Звичайний тип включає серії FS та FZ; магнітно-дульний тип включає серії FCD та FCZ.
Символи в позначеннях моделей означають:
F – клапанний грозозахисний пристрій;
S – для розподільчих систем;
Z – для підстанцій;
Y – для ліній передачі;
D – для обертаних машин;
C – з магнітно-дульним проміжком виведення.
Клапанний грозозахисний пристрій складається з плоских іскрових проміжків, з'єднаних послідовно з дисками резисторів карбіду кремнію (SiC) (клапанні блоки), запечатаних у керамічному корпусі, з зовнішніми болтами для установки. Резистор карбіду кремнію демонструє нелінійні характеристики: він має високий опір при нормальній напрузі, який швидко зменшується під час наднапруги.
При нормальній напрузі мережевої частоти іскрові проміжки залишаються невпровадливими. Коли відбувається наднапруга від блискавки, іскрові проміжки руйнуються. Опір дисков SiC суттєво зменшується, дозволяючи безпечний потік великого струму від блискавки до землі. Після стрімкого струму диски SiC представляють високий опір для струму мережевої частоти, тоді як іскрові проміжки переривають цей струм, відновлюючи нормальне функціонування системи. Це поведінка відкриття-закриття нагадує "клапан" - відкритий для струму від блискавки та закритий для струму мережевої частоти, тому цей тип грозозахисного пристрою називається "клапанним".
(2) Захисні проміжки та вигнання (трубчасті) грозозахисні пристрої
Захисні проміжки є найпростішою формою захисту від блискавок. Зазвичай вони виготовлені з гарцованої круглої сталі, складаються з основного проміжку та допоміжного проміжку. Основний проміжок має кутову конфігурацію та монтується горизонтально, щоб сприяти знищенню дуги. Допоміжний проміжок з'єднаний послідовно під основним проміжком, щоб запобігти хибному запуску через короткі замикання об'єктів. Через свою слабку здатність знищувати дугу, захисні проміжки зазвичай використовуються разом з автоматичними пристроями повторного запуску, щоб покращити надійність живлення.
Вигнання (трубчасті) грозозахисні пристрої складаються з іскрового проміжку, розташованого всередині труби, що виробляє газ, утвореної з прутових та кільцевих електродів. Вони включають як внутрішні, так і зовнішні проміжки. Труба грозозахисного пристрою виготовлена з матеріалів, таких як фіброзміщений фенольний пластик, які виробляють велику кількість газу при нагріванні. Коли відбувається наднапруга від блискавки, як внутрішні, так і зовнішні проміжки руйнуються, відводячи струм від блискавки до землі. Наступний струм мережевої частоти створює сильну дугу, яка спалює стіну труби та виробляє високотисковий газ, що виводиться через відкритий кінець, швидко знищуючи дугу. Зовнішній проміжок тоді відновлює свою ізоляцію, відокремлюючи грозозахисний пристрій від системи, дозволяючи нормальне функціонування.
Оскільки грозозахисні пристрої вигнання залежать від струму мережевої частоти для виробництва газу для знищення дуги, надмірні короткозамкнення можуть виробляти занадто багато газу, перевищуючи механічну міцність труби, що призводить до розриву або вибуху. Тому грозозахисні пристрої вигнання зазвичай використовуються в зовнішніх встановленнях.
(3) Безнізові металооксидні (оксид цинку) грозозахисні пристрої
Також відомі як варисторні грозозахисні пристрої, це сучасний тип, представлений у 1970-х роках. У порівнянні з традиційними клапанними грозозахисними пристроями на основі карбіду кремнію, безнізові металооксидні грозозахисні пристрої не мають іскрових проміжків та використовують оксид цинку (ZnO) замість карбіду кремнію. Вони побудовані з наслаючихся дисків варистора ZnO з відмінними нелінійними характеристиками напруги-струму: при нормальній напрузі мережевої частоти вони демонструють дуже високий опір, ефективно пригнічує витік струму; при наднапругі від блискавки, їх опір суттєво зменшується, дозволяючи ефективне виведення стрімкого струму.
Металооксидні грозозахисні пристрої пропонують відмінні характеристики захисту, високу здатність виведення, низьку залишкову напругу, компактні розміри та легкість встановлення. Вони тепер широко використовуються для захисту как високовольтного, так и низьковольтного електрообладнання.
(4) Нізові металооксидні (оксид цинку) грозозахисні пристрої
Ці пристрої складаються з дисків резисторів ZnO, з'єднаних послідовно з іскровим проміжком всередині комбінованого корпусу. Проміжок зазвичай містить два дисковидні електроди, заключені в керамічне кільце. Вони підходять для систем з неефективно заземленою нейтральною точкою. Під час однофазних короткозамкнень на землю або дугового заземлення можуть виникати суттєві трансіентні наднапруги тривалого характеру, які безнізові грозозахисні пристрої ZnO можуть не витривати. Нізові грозозахисні пристрої ZnO подолують цю обмеження: при помірних наднапругах, таких як однофазне заземлення або низькорівневе дугове заземлення, серійний проміжок залишається неактивним, відокремлюючи грозозахисний пристрій від системи.
Коли наднапруга перевищує певний поріг, проміжок відкривається, і відмінні нелінійні характеристики дисків ZnO обмежують залишкову напругу на грозозахисному пристрої. Результативний слідуючий струм є дуже малим і легко переривається, забезпечуючи надійний ізоляційний захист для трансформаторів та іншого обладнання.
Тести та стандарти для грозозахисних пристроїв
(1) Вимірювання ізоляційного опору
Використовуйте мегомметр 2500 В або вище. Для грозозахисних пристроїв з напругою 35 кВ і вище, ізоляційний опір має бути не менше 2500 МОм; для тих, що нижче 35 кВ, не менше 1000 МОм.
(2) Вимірювання постійної напруги при 1 мА та витік струму при 75% цієї напруги
Застосуйте постійну напругу до грозозахисного пристрою. По мірі зростання напруги, витік струму поступово збільшується. Запишіть значення напруги, коли струм досягає 1 мА. Потім знизьте напругу до 75% цього значення та запишіть витік струму, який не повинен перевищувати 50 мкА.
(3) Витік струму постійної частоти при робочій напрузі
Виміряйте загальний струм, опорний струм або втрати потужності при робочій напрузі. Виміряні значення не повинні значно відрізнятися від початкових. Якщо опорний струм подвоївся, грозозахисний пристрій має бути відключенний для перевірки. Якщо опорний струм збільшився до 150% початкового значення, період моніторингу повинен бути відповідно скорочений.
Ці тести можуть виявити дефекти, такі як проникнення вологи або старіння блоків клапанів грозозахисного пристрою, поверхневі тріщини та витертя ізоляції.
