Cosa è un Parafulmine a Valvola?

Cos'è un parafulmine a valvola?

Definizione

Un parafulmine che comprende singole o multiple intercapedini in serie con un elemento di controllo del corrente è noto come parafulmine. L'intercapedine tra gli elettrodi blocca il flusso di corrente attraverso il parafulmine, tranne quando la tensione attraverso l'intercapedine supera la tensione critica di flashover. Il parafulmine a valvola è anche chiamato diverter di sovratensione a intercapedine o diverter di sovratensione al carburo di silicio con intercapedine in serie.

Costruzione del Parafulmine a Valvola

Il parafulmine a valvola è costruito con un insieme multi-spark-gap in serie con un resistore fatto di un elemento non lineare. Ogni intercapedine scintillante è composta da due elementi. Per affrontare la distribuzione non uniforme della tensione tra le intercapedini, i resistori non lineari sono collegati in parallelo su ciascuna intercapedine individuale. Questa costruzione aiuta a garantire il funzionamento corretto del parafulmine in diverse condizioni elettriche, consentendogli di proteggere efficacemente le apparecchiature elettriche dalle sovratensioni indotte dai fulmini.

Gli elementi resistivi sono realizzati con carburo di silicio combinato con leganti inorganici. L'intero insieme è racchiuso all'interno di un involucro in porcellana sigillato riempito con gas azoto o SF6. Questo ambiente a gas riempito aiuta a migliorare l'isolamento elettrico e le prestazioni del parafulmine.

Funzionamento del Parafulmine a Valvola

In condizioni normali di bassa tensione, i resistori paralleli impediscono lo scintillamento attraverso le intercapedini. Di conseguenza, cambiamenti lenti nella tensione applicata non costituiscono una minaccia per il sistema elettrico. Tuttavia, quando si verificano cambiamenti rapidi di tensione ai terminali del parafulmine, come quelli indotti da colpi di fulmine o sovratensioni elettriche, le intercapedini d'aria nel parafulmine sperimentano uno scintillamento. La corrente risultante viene quindi scaricata a terra attraverso il resistore non lineare. Significativamente, il resistore non lineare presenta una resistenza estremamente bassa in queste condizioni di alta tensione e alta corrente, deviando efficacemente la corrente eccessiva lontano dall'apparecchiatura elettrica protetta, salvaguardandola da potenziali danni.

Dopo il passaggio dell'onda, la tensione impressa sul parafulmine diminuisce. Contemporaneamente, la resistenza del parafulmine aumenta gradualmente fino a quando non viene ripristinata la tensione di funzionamento normale. Una volta dissipata l'onda, una piccola corrente a bassa frequenza inizia a fluire lungo il percorso creato dal precedente scintillamento. Questa corrente specifica è chiamata corrente di seguito di potenza.

L'entità della corrente di seguito di potenza diminuisce gradualmente a un valore che può essere interrotto dall'intercapedine scintillante man mano che questa recupera la sua forza dielettrica. La corrente di seguito di potenza si estingue al primo attraversamento dello zero della forma d'onda della corrente. Di conseguenza, l'alimentazione rimane ininterrotta e il parafulmine è nuovamente pronto per il funzionamento normale. Questo processo è noto come risigillatura del parafulmine.

Fasi di Funzionamento del Parafulmine a Valvola

Quando un'onda raggiunge il trasformatore, incontra il parafulmine, come mostrato nella figura sottostante. In circa 0,25 μs, la tensione raggiunge il valore di rottura dell'intercapedine in serie, attivando il parafulmine per scaricare. Questa azione di scarico devia la corrente eccessiva associata all'onda, proteggendo il trasformatore e altre apparecchiature elettriche connesse da possibili danni causati dalla transitoria ad alta tensione.

A misura che la tensione dell'onda sale, la resistenza dell'elemento non lineare diminuisce. Questa diminuzione della resistenza permette la continuazione dello scarico di energia aggiuntiva dell'onda. Di conseguenza, la tensione trasmessa all'apparecchiatura terminale è limitata, come chiaramente mostrato nella figura sottostante. Questo meccanismo svolge un ruolo cruciale nella protezione dell'apparecchiatura terminale dagli effetti nocivi delle sovratensioni ad alta tensione, controllando efficacemente l'ammontare di tensione che raggiunge l'apparecchiatura.

Mentre la tensione diminuisce, la corrente che scorre a terra diminuisce simultaneamente, mentre la resistenza del parafulmine aumenta. Alla fine, il parafulmine raggiunge una fase in cui l'intercapedine scintillante interrompe il flusso di corrente e il parafulmine si risigilla efficacemente. Questo processo assicura che, una volta che l'evento di onda si attenua, il parafulmine torni al suo stato normale, non conduttivo, pronto a proteggere il sistema elettrico da future onde.

La massima tensione che si sviluppa ai terminali del parafulmine e viene trasmessa all'apparecchiatura terminale è chiamata valore di scarica del parafulmine. Questo valore è cruciale poiché determina l'entità con cui il parafulmine può proteggere l'apparecchiatura connessa dalle sovratensioni eccessive.

Tipi di Parafulmine a Valvola

I parafulmini a valvola possono essere classificati in diversi tipi, vale a dire stazionari, di linea, parafulmini per la protezione delle macchine rotanti (tipo di distribuzione o tipo secondario).

• Parafulmine Stazionario a Valvola

• Questo tipo di parafulmine è utilizzato principalmente per proteggere apparecchiature elettriche critiche in circuiti che vanno da 2,2 kV a 400 kV e oltre. È caratterizzato dalla sua elevata capacità di dissipazione di energia. Ciò gli consente di gestire grandi quantità di energia d'onda, assicurando la sicurezza dei componenti elettrici essenziali all'interno della stazione.

• Parafulmine di Linea

• I parafulmini di linea sono utilizzati per la protezione delle apparecchiature di sottostazione. Hanno una sezione trasversale più piccola, sono più leggeri e meno costosi rispetto ai parafulmini stazionari. Tuttavia, consentono una tensione d'onda più elevata ai loro terminali rispetto ai parafulmini stazionari e hanno una capacità di portata d'onda inferiore. Nonostante queste differenze, sono ben adatti per proteggere le apparecchiature di sottostazione grazie alla loro progettazione specifica ed economicità.

• Parafulmine di Distribuzione

• I parafulmini di distribuzione sono solitamente montati su pali e vengono utilizzati per proteggere generatori e motori all'interno della rete di distribuzione. La loro posizione sui pali li rende facilmente accessibili per l'installazione e la manutenzione, proteggendo efficacemente le macchine elettriche nel sistema di distribuzione.

• Parafulmine Secondario

• I parafulmini secondari sono progettati per proteggere apparecchiature a bassa tensione. Analogamente, i parafulmini per la protezione delle macchine rotanti sono specificamente progettati per proteggere generatori e motori. Questi parafulmini svolgono un ruolo vitale nell'assicurare il funzionamento affidabile di apparecchiature a bassa tensione e rotanti, prevenendo danni causati da sovratensioni.