Wat is een klep-type bliksemafleider?

Wat is een klep-type bliksemafleider?

Definitie

Een bliksemafleider die bestaat uit één of meerdere in serie geschakelde luchtkokers, verbonden met een stroombeheersend element, wordt een bliksemafleider genoemd. De lucht tussen de elektroden blokkeert de stroom door de afleider, behalve wanneer de spanning over de luchtkoker de kritische flashover-spanning overschrijdt. De klep-type afleider wordt ook wel een gapsegment-surgeafleider of een siliciumcarbide-surgeafleider met serie-luchtkoker genoemd.

Constructie van de klep-type bliksemafleider

De klep-type bliksemafleider is opgebouwd met een meervoudige vonkspanningsassemblage, verbonden in serie met een weerstand gemaakt van een niet-lineair element. Elke vonkspanningsassemblage bestaat uit twee elementen. Om het ongelijke spanningsverdeling tussen de luchtkokers aan te pakken, worden niet-lineaire weerstanden parallel aan elke individuele luchtkoker aangesloten. Deze constructie helpt om de juiste werking van de afleider onder verschillende elektrische omstandigheden te waarborgen, waardoor deze effectief elektrische apparatuur beschermt tegen bliksemgeïnduceerde overspanningen.

De weerstandselementen zijn vervaardigd van siliciumcarbide in combinatie met anorganische bindmiddelen. Het gehele assemblage is gehuisvest in een verzegelde porseleinen behuizing die gevuld is met stikstofgas of SF6-gas. Deze gasgevulde omgeving helpt bij het versterken van de elektrische isolatie en prestaties van de afleider.

Werking van de klep-type bliksemafleider

Bij normale laagspanningsomstandigheden voorkomen de parallelle weerstanden vonken over de luchtkokers. Als gevolg hiervan vormen langzame veranderingen in de aangebrachte spanning geen bedreiging voor het elektrische systeem. Wanneer echter snelle spanningsveranderingen optreden over de aansluitingen van de afleider, zoals die veroorzaakt door blikseminslagen of elektrische pieken, treedt er vonkenovergang op in de luchtkokers van de afleider. De resulterende stroom wordt vervolgens via de niet-lineaire weerstand naar de aarde geleid. Belangrijk is dat de niet-lineaire weerstand onder deze hoge-spanning, hoge-stroomomstandigheden extreem lage weerstand vertoont, waardoor de overmatige stroom effectief wordt afgeleid van de te beschermen elektrische apparatuur en deze beschermd wordt tegen mogelijke schade.

Na het passeren van de piek daalt de spanning over de afleider. Tegelijkertijd neemt de weerstand van de afleider gestaag toe totdat de normale werkingsspanning is hersteld. Zodra de piek is verdwenen, begint er een kleine stroom op laag frequentie te stromen via het pad dat door de vorige vonkenovergang is gecreëerd. Deze specifieke stroom wordt de power follow current genoemd.

De grootte van de power follow current neemt geleidelijk af tot een waarde die kan worden onderbroken door de vonkspanning terwijl de luchtkoker zijn dielektrische sterkte herstelt. De power follow current wordt gedoofd bij de eerste nulpassing van het stroomdiagram. Hierdoor blijft de stroomvoorziening ononderbroken en is de afleider opnieuw klaar voor normale werking. Dit proces staat bekend als het herzegelen van de bliksemafleider.

Fasen van de werking van de klep-type bliksemafleider

Wanneer een piek de transformator bereikt, ontmoet deze de bliksemafleider, zoals weergegeven in de figuur hieronder. In ongeveer 0,25 μs bereikt de spanning de doorslaanspanning van de serie-luchtkoker, waardoor de afleider ontlading ervaart. Deze ontlading leidt de overmatige stroom die gepaard gaat met de piek af, waardoor de transformator en andere aangesloten elektrische apparatuur beschermd worden tegen eventuele schade door de hoge-spanningstransient.

Terwijl de piekspanning stijgt, neemt de weerstand van het niet-lineaire element af. Deze daling in weerstand stelt de voortzetting van de ontlading van extra piekenergie in staat. Hierdoor wordt de spanning die naar de eindapparatuur wordt doorgestuurd beperkt, zoals duidelijk te zien is in de figuur hieronder. Dit mechanisme speelt een cruciale rol bij het beschermen van de eindapparatuur tegen de schadelijke effecten van hoge-spanningspieken door effectief de hoeveelheid spanning die de eindapparatuur bereikt te beheren.

Terwijl de spanning afneemt, neemt de stroom die naar de aarde stroomt tegelijkertijd af, terwijl de weerstand van de bliksemafleider toeneemt. Uiteindelijk bereikt de bliksemafleider een fase waarin de vonkspanning de stroomonderbreking onderbreekt, en de afleider effectief zichzelf herzegelt. Dit proces zorgt ervoor dat wanneer het piekgebeuren wegebt, de afleider terugkeert naar zijn normale, niet-geleidend toestand, klaar om het elektrische systeem te beschermen tegen toekomstige pieken.

De maximale spanning die zich opbouwt over de aansluitingen van de afleider en die naar de eindapparatuur wordt doorgestuurd, wordt de ontladingswaarde van de afleider genoemd. Deze waarde is cruciaal, omdat deze bepaalt in hoeverre de afleider de aangesloten apparatuur kan beschermen tegen overmatige spanningspieken.

Soorten klep-type bliksemafleiders

Klep-type bliksemafleiders kunnen ingedeeld worden in verschillende soorten, namelijk stationstypes, lijntypes, afleiders voor de bescherming van roterende machines (distributietype of secundairtype).

• Stationstype klep-bliksemafleider

• Dit type afleider wordt voornamelijk gebruikt om belangrijke elektrische apparatuur in circuits van 2,2 kV tot 400 kV en zelfs hogere spanningniveaus te beschermen. Het wordt gekenmerkt door zijn hoge energiedissiperende capaciteit. Dit stelt het in staat grote hoeveelheden piekenergie af te handelen, waardoor de veiligheid van de essentiële elektrische componenten binnen het station wordt gewaarborgd.

• Lijn-type bliksemafleider

• Lijn-type afleiders worden gebruikt voor de bescherming van substation-apparatuur. Ze hebben een kleinere doorsnede, zijn lichter en kosten-effectiever in vergelijking met stationstype afleiders. Echter, ze laten een hogere piekspanning over hun aansluitingen toe in vergelijking met stationstype afleiders en hebben een lagere piekbelastbaarheid. Ondanks deze verschillen zijn ze goed geschikt voor de bescherming van substation-apparatuur vanwege hun specifieke ontwerp en kosten-efficiëntie.

• Distributieafleider

• Distributieafleiders worden meestal op palen gemonteerd en worden gebruikt om generatoren en motoren in het distributienetwerk te beschermen. Hun plaatsing op palen maakt ze gemakkelijk toegankelijk voor installatie en onderhoud, terwijl ze effectief de elektrische machines in het distributiesysteem beschermen.

• Secundaire afleider

• Secundaire afleiders zijn ontworpen om laagspanningsapparatuur te beschermen. Net zo zijn afleiders voor de bescherming van roterende machines specifiek ontworpen om generatoren en motoren te beschermen. Deze afleiders spelen een cruciale rol bij het waarborgen van de betrouwbare werking van laagspannings- en roterende apparatuur door schade door spanningspieken te voorkomen.