Was ist ein Ventil-Typ-Blitzableiter

Was ist ein Ventil-Blitzableiter?

Definition

Ein Blitzableiter, der aus einer oder mehreren in Serie geschalteten Lücken mit einem stromsteuernden Element besteht, wird als Blitzableiter bezeichnet. Die Lücke zwischen den Elektroden blockiert den Stromfluss durch den Ableiter, außer wenn die Spannung über der Lücke die kritische Lückenentladungsspannung überschreitet. Der Ventil-Blitzableiter wird auch als Lückenspannungsumlenker oder Siliziumkarbid-Spannungsumlenker mit Serienlücke bezeichnet.

Aufbau des Ventil-Blitzableiters

Der Ventil-Blitzableiter besteht aus einer Mehrfachfunkenspaltenanordnung, die in Serie mit einem Widerstand aus einem nichtlinearen Element verbunden ist. Jede Funkenspalt besteht aus zwei Elementen. Um das ungleichmäßige Spannungsverteilung zwischen den Spalten zu adressieren, werden nichtlineare Widerstände parallel zu jeder einzelnen Spalte angeschlossen. Dieser Aufbau hilft, den ordnungsgemäßen Betrieb des Ableiters unter verschiedenen elektrischen Bedingungen sicherzustellen und ermöglicht es, elektrische Ausrüstungen effektiv vor Blitzinduzierten Überspannungen zu schützen.

Die Widerstandselemente werden aus Siliziumkarbid in Verbindung mit anorganischen Bindemitteln hergestellt. Die gesamte Anordnung ist in einem versiegelten Porzellanbehausung eingebettet, die entweder mit Stickstoffgas oder SF6-Gas gefüllt ist. Diese gasgefüllte Umgebung hilft, die elektrische Isolation und Leistungsfähigkeit des Ableiters zu verbessern.

Funktionsweise des Ventil-Blitzableiters

Bei normalen Niederspannungsbedingungen verhindern die parallelen Widerstände die Entladung über die Spalten. Daher stellen langsame Änderungen der angewendeten Spannung keine Bedrohung für das elektrische System dar. Wenn jedoch schnelle Spannungsänderungen an den Enden des Ableiters auftreten, wie z.B. durch Blitzeinschläge oder elektrische Überspannungen, erleben die Luftspalten im Ableiter eine Entladung. Der resultierende Strom wird dann über den nichtlinearen Widerstand zur Erde abgeführt. Es ist wichtig, dass der nichtlineare Widerstand unter diesen Hochspannungs- und Hochstrombedingungen extrem niedrigen Widerstand aufweist, was dazu führt, dass der überschüssige Strom effektiv von den geschützten elektrischen Geräten abgelenkt und sie vor potenziellen Schäden bewahrt wird.

Nach dem Durchgang der Spannungswelle sinkt die Spannung, die über den Ableiter angelegt wird. Gleichzeitig steigt der Widerstand des Ableiters kontinuierlich, bis die normale Betriebsspannung wiederhergestellt ist. Sobald die Spannungswelle abgeklungen ist, beginnt ein kleiner Strom bei niedriger Frequenz, durch den Pfad, der durch die vorherige Entladung geschaffen wurde, zu fließen. Dieser spezielle Strom wird als Netzfolgestrom bezeichnet.

Die Größe des Netzfolgestroms nimmt allmählich auf einen Wert ab, der durch die Funkenspalt unterbrochen werden kann, während die Spalt ihre dielektrische Festigkeit wiederherstellt. Der Netzfolgestrom erlischt beim ersten Nullübergang der Stromform. Als Ergebnis bleibt die Stromversorgung ununterbrochen, und der Ableiter ist erneut für den normalen Betrieb bereit. Dieser Prozess wird als Wiederherstellung des Blitzableiters bezeichnet.

Stufen des Betriebs eines Ventil-Blitzableiters

Wenn eine Spannungswelle den Transformator erreicht, trifft sie auf den Blitzableiter, wie in der unten dargestellten Abbildung gezeigt. Innerhalb von etwa 0,25 μs erreicht die Spannung den Zerfallswert der Serienspalt, wodurch der Ableiter entladen wird. Diese Entladung leitet den überschüssigen Strom der Spannungswelle ab und schützt den Transformator und andere angeschlossene elektrische Geräte vor möglichen Schäden durch die Hochspannungstransienten.

Während die Spannung der Spannungswelle ansteigt, sinkt der Widerstand des nichtlinearen Elements. Dieser Abfall des Widerstands ermöglicht die Fortsetzung der Entladung zusätzlicher Spannungswellenenergie. Folglich wird die an die Endgeräte übertragene Spannung begrenzt, wie in der folgenden Abbildung klar dargestellt. Dieses Mechanismus spielt eine entscheidende Rolle dabei, die Endgeräte vor den schädlichen Auswirkungen von Hochspannungsspannungswellen zu schützen, indem er die Menge der Spannung, die sie erreicht, effektiv steuert.

Während die Spannung abnimmt, verringert sich der zum Boden fließende Strom gleichzeitig, während der Widerstand des Blitzableiters zunimmt. Schließlich erreicht der Blitzableiter eine Stufe, bei der die Funkenspalt den Stromfluss unterbricht und der Ableiter sich effektiv selbst verschließt. Dieser Prozess stellt sicher, dass der Ableiter, sobald das Spannungswelle-Ereignis abgeklungen ist, in seinen normalen, nichtleitenden Zustand zurückkehrt und bereit ist, das elektrische System vor zukünftigen Spannungswellen zu schützen.

Die maximale Spannung, die am Ende des Ableiters auftritt und an die Endgeräte übertragen wird, wird als Entladungswert des Ableiters bezeichnet. Dieser Wert ist entscheidend, da er bestimmt, in welchem Maße der Ableiter die angeschlossenen Geräte vor übermäßigen Spannungsspannungswellen schützen kann.

Arten von Ventil-Blitzableitern

Ventil-Blitzableiter können in verschiedene Arten klassifiziert werden, nämlich Stationstyp, Leitungstyp, Ableiter zum Schutz von Rotationsmaschinen (Verteilungstyp oder Sekundärtyp).

• Stationstyp Ventil-Blitzableiter

• Dieser Typ von Ableiter wird hauptsächlich verwendet, um kritische Stromausrüstungen in Schaltkreisen von 2,2 kV bis 400 kV und sogar höheren Spannungsstufen zu schützen. Er zeichnet sich durch seine hohe Energieabsorptionskapazität aus. Dies ermöglicht es, große Mengen an Spannungswellenenergie abzufangen und die Sicherheit der wesentlichen Stromkomponenten innerhalb der Station zu gewährleisten.

• Leitungstyp Blitzableiter

• Leitungstyp-Ableiter werden zum Schutz von Umspannwerksausrüstungen eingesetzt. Sie haben eine kleinere Querschnittsfläche, sind leichter und kostengünstiger im Vergleich zu Stationstyp-Ableitern. Allerdings lassen sie eine höhere Spannungswelle an ihren Enden zu im Vergleich zu Stationstyp-Ableitern und haben eine geringere Spannungswellenkapazität. Trotz dieser Unterschiede sind sie gut geeignet, um Umspannwerksausrüstungen aufgrund ihres spezifischen Designs und ihrer Kosteneffizienz zu schützen.

• Verteilungsableiter

• Verteilungsableiter werden in der Regel auf Masten montiert und dienen zum Schutz von Generatoren und Motoren im Verteilungsnetz. Ihre Positionierung auf Masten macht sie leicht zugänglich für Installation und Wartung und schützt effektiv die elektrische Maschinerie im Verteilungssystem.

• Sekundärableiter

• Sekundärableiter sind konzipiert, um Niederspannungsanlagen zu schützen. Ähnlich sind Ableiter zum Schutz von Rotationsmaschinen speziell entwickelt, um Generatoren und Motoren zu schützen. Diese Ableiter spielen eine wichtige Rolle, um die zuverlässige Funktion von Niederspannungs- und Rotationsanlagen zu gewährleisten, indem sie Schäden durch Spannungsspannungswellen verhindern.