Τι είναι ο προστατευτής από κεραυνούς τύπου βάλβης;

Τι είναι ο προστατευτής καταιγίδων τύπου βάλβας;

Ορισμός

Ένας προστατευτής καταιγίδων που αποτελείται από μία ή περισσότερες διαστάσεις σε σειρά με ένα στοιχείο ελέγχου ρεύματος αναφέρεται ως προστατευτής καταιγίδων. Η διαστάση μεταξύ των ηλεκτρόδων εμποδίζει την ροή ρεύματος μέσω του προστατευτή, εκτός αν η τάση πέρα από τη διαστάση υπερβαίνει την κρίσιμη τάση φωτοεκτόνησης. Ο προστατευτής τύπου βάλβας ονομάζεται επίσης αποκλιντής καταιγίδων ή αποκλιντής συρροής καρβίδιου σιλικίου με σειριακή διαστάση.

Κατασκευή Προστατευτή Καταιγίδων Τύπου Βάλβας

Ο προστατευτής καταιγίδων τύπου βάλβας κατασκευάζεται με ένα σύνολο πολλαπλών διαστάσεων φωτοεκτόνησης σε σειρά με έναν αντιστάτη από μη γραμμικό στοιχείο. Κάθε διάσταση φωτοεκτόνησης αποτελείται από δύο στοιχεία. Για να αντιμετωπιστεί η μη ομοιόμορφη κατανομή τάσης μεταξύ των διαστάσεων, οι μη γραμμικοί αντιστάτες είναι συνδεδεμένοι παράλληλα με κάθε μεμονωμένη διάσταση. Αυτή η κατασκευή βοηθά στη σωστή λειτουργία του προστατευτή υπό διάφορες ηλεκτρικές συνθήκες, επιτρέποντάς του να προστατεύει αποτελεσματικά την ηλεκτρική εξοπλισμό από υπερτάσεις που προκαλούνται από καταιγίδες.

Τα στοιχεία αντιστάτη κατασκευάζονται από καρβίδιο σιλικίου σε συνδυασμό με ανοργανικούς δεσμούς. Το σύνολο της συσκευής είναι εγκεκλειμένο μέσα σε ένα κλειστό πορσελάνινο κάλυμμα που είναι γεμάτο με αέριο νιτρόγενο ή SF6. Αυτό το περιβάλλον γεμάτο αέριο βοηθά στην ενίσχυση της ηλεκτρικής απομόνωσης και της λειτουργίας του προστατευτή.

Λειτουργία Προστατευτή Καταιγίδων Τύπου Βάλβας

Σε συνθήκες φυσιολογικής χαμηλής τάσης, οι παράλληλοι αντιστάτες εμποδίζουν τη φωτοεκτόνηση μεταξύ των διαστάσεων. Ως αποτέλεσμα, βραδυπορείς αλλαγές στην εφαρμοσμένη τάση δεν αποτελούν απειλή για το ηλεκτρικό σύστημα. Ωστόσο, όταν συμβαίνουν γρήγορες αλλαγές τάσης στα πέρατα του προστατευτή, όπως αυτές που προκαλούνται από πλήξεις καταιγίδων ή ηλεκτρικές συρροές, οι αεριοειδείς διαστάσεις στον προστατευτή εμπειρίζουν φωτοεκτόνηση. Το παραγόμενο ρεύμα εκκαθαρίζεται στη γη μέσω του μη γραμμικού αντιστάτη. Σημαντικά, ο μη γραμμικός αντιστάτης εμφανίζει εξαιρετικά χαμηλή αντίσταση υπό αυτές τις συνθήκες υψηλής τάσης και ρεύματος, επιτρέποντας την αποτελεσματική διασύνδεση του υπερβατικού ρεύματος από τον προστατευόμενο ηλεκτρικό εξοπλισμό και την προστασία του από πιθανές βλάβες.

Μετά την πέραση της συρροής, η τάση που εφαρμόζεται στον προστατευτή μειώνεται. Συγχρόνως, η αντίσταση του προστατευτή αυξάνεται σταθερά μέχρι να επαναφερθεί η φυσιολογική λειτουργική τάση. Μόλις η συρροή έχει αποσυρθεί, ένα μικρό ρεύμα σε χαμηλή συχνότητα αρχίζει να ρέει μέσω της διαδρομής που δημιουργήθηκε από την προηγούμενη φωτοεκτόνηση. Αυτό το συγκεκριμένο ρεύμα ονομάζεται ρεύμα παρακολούθησης.

Η ένταση του ρεύματος παρακολούθησης μειώνεται σταδιακά σε μια τιμή που μπορεί να διακόπτεται από τη διάσταση φωτοεκτόνησης καθώς αυτή αποκτά ξανά την ηλεκτρική αντίσταση. Το ρεύμα παρακολούθησης σβήνει στο πρώτο σημείο μηδενικής διαστάσεως του ρεύματος. Ως αποτέλεσμα, η παροχή ρεύματος παραμένει αναδιατεταγμένη και ο προστατευτής είναι ξανά έτοιμος για φυσιολογική λειτουργία. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται ανασφραγίση του προστατευτή καταιγίδων.

Φάσεις Λειτουργίας Προστατευτή Καταιγίδων Τύπου Βάλβας

Όταν μια συρροή φτάνει στον μετατροπέα, αντιμετωπίζει τον προστατευτή καταιγίδων, όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα. Σε περίπου 0.25 μs, η τάση φτάνει στην τιμή κατάρρευσης της σειριακής διαστάσεως, ενεργοποιώντας τον προστατευτή να εκκαθαρίσει. Αυτή η διαδικασία εκκαθάρισης αποκλίνει το υπερβατικό ρεύμα που συνδέεται με τη συρροή, προστατεύοντας τον μετατροπέα και άλλον συνδεδεμένο ηλεκτρικό εξοπλισμό από πιθανές βλάβες που προκαλούνται από την υψηλή-τάση της παραστάσης.

Καθώς η τάση συρροής αυξάνεται, η αντίσταση του μη γραμμικού στοιχείου μειώνεται. Αυτή η μείωση της αντίστασης επιτρέπει τη συνεχή εκκαθάριση πρόσθετης ενέργειας συρροής. Συνεπώς, η τάση που μεταδίδεται στον τελικό εξοπλισμό περιορίζεται, όπως φαίνεται σαφώς στο παρακάτω σχήμα. Αυτός ο μηχανισμός διαδραματίζει κρίσιμο ρόλο στην προστασία του τελικού εξοπλισμού από τις επιβλαβείς επιπτώσεις των υψηλών τάσεων συρροής, ελέγχοντας αποτελεσματικά την ποσότητα τάσης που φθάνει σε αυτόν.

Καθώς η τάση μειώνεται, το ρεύμα που ρέει στη γη μειώνεται ταυτόχρονα, ενώ η αντίσταση του προστατευτή καταιγίδων αυξάνεται. Τελικά, ο προστατευτής καταιγίδων φτάνει σε μια φάση όπου η διάσταση φωτοεκτόνησης διακόπτει τη ροή ρεύματος, και ο προστατευτής επανασφραγίζεται αποτελεσματικά. Αυτή η διαδικασία εξασφαλίζει ότι μόλις η παρέμβαση της συρροής ολοκληρωθεί, ο προστατευτής επιστρέφει στην κανονική, μη διεγερτική κατάσταση, έτοιμος να προστατεύσει το ηλεκτρικό σύστημα από μελλοντικές συρροές.

Η μέγιστη τάση που αναπτύσσεται στα πέρατα του προστατευτή και μεταδίδεται στον τελικό εξοπλισμό ονομάζεται τιμή εκκαθάρισης του προστατευτή. Αυτή η τιμή είναι κρίσιμη, καθώς καθορίζει το βαθμό με τον οποίο ο προστατευτής μπορεί να προστατεύσει τον συνδεδεμένο εξοπλισμό από υπερβατικές τάσεις συρροής.

Τύποι Προστατευτών Καταιγίδων Τύπου Βάλβας

Οι προστατευτές καταιγίδων τύπου βάλβας μπορούν να ταξινομηθούν σε αρκετούς τύπους, δηλαδή σταθεροί, γραμμικοί, προστατευτές για την προστασία περιστρεφόμενων μηχανών (διανομικοί ή δευτερεύοντες).

• Προστατευτής Καταιγίδων Τύπου Βάλβας Σταθερού Τύπου

• Αυτός ο τύπος προστατευτή χρησιμοποιείται κυρίως για την προστασία κρίσιμου εξοπλισμού ενέργειας σε κύκλους από 2.2 kV έως 400 kV και ακόμη υψηλότερες τάσεις. Χαρακτηρίζεται από την υψηλή δυνατότητα διάλυσης ενέργειας. Αυτό επιτρέπει να αντιμετωπίζει μεγάλες ποσότητες ενέργειας συρροής, εξασφαλίζοντας την ασφάλεια των βασικών συστατικών ενέργειας στον σταθμό.

• Προστατευτής Καταιγίδων Γραμμικού Τύπου

• Οι προστατευτές γραμμικού τύπου χρησιμοποιούνται για την προστασία εξοπλισμού σε υποσταθμείς. Έχουν μικρότερη διαστάση, είναι ελαφρύτεροι και φθηνότεροι σε σύγκριση με τους προστατευτές σταθερού τύπου. Ωστόσο, επιτρέπουν υψηλότερη τάση συρροής στα πέρατά τους σε σύγκριση με τους προστατευτές σταθερού τύπου και έχουν χαμηλότερη δυνατότητα μεταφοράς συρροής. Παρ' όλες αυτές τις διαφορές, είναι κατάλληλοι για την προστασία του εξοπλισμού σε υποσταθμείς λόγω της συγκεκριμένης σχεδίασής τους και της οικονομικής αποτελεσματικότητάς τους.

• Διανομικός Προστατευτής

• Οι διανομικοί προστατευτές εγκαθίστανται συνήθως σε πύργους και χρησιμοποιούνται για την προστασία γεννήτριων και κινητήρων στο δίκτυο διανομής. Η θέση τους σε πύργους τους καθιστά εύκολα προσπελάσιμους για εγκατάσταση και συντήρηση, ενώ προστατεύουν αποτελεσματικά τον ηλεκτρικό εξοπλισμό στο σύστημα διανομής.

• Δευτερεύων Προστατευτής

• Οι δευτερεύοντες προστατευτές σχεδιάζονται για την προστασία χαμηλής τάσης εξοπλισμού. Ομοίως, οι προστατευτές για την προστασία περιστρεφόμενων μηχανών σχεδιάζονται ειδικά για την προστασία γεννήτριων και κινητήρων. Αυτοί οι προστατευτές διαδραματίζουν ζωτικό ρόλο στην εγγύηση της αξιόπιστης λειτουργίας του εξοπλισμού χαμηλής τάσης και περιστρεφόμενων μηχανών, προστατεύοντάς τους από βλάβες που προκαλούνται από τάσεις συρροής.