Co to jest zabezpieczenie przed piorunami typu zawór?

Co to jest zasuwowy zabezpieczacz przeciwudarowy?

Definicja

Zabezpieczacz przeciwudarowy składający się z pojedynczej lub wielu szpar połączonych szeregowo z elementem kontrolującym prąd nazywany jest zabezpieczaczem przeciwudarowym. Szpara między elektrodami blokuje przepływ prądu przez zabezpieczacz, chyba że napięcie na szparze przekracza krytyczne napięcie przepływu iskrowego. Zasuwowy zabezpieczacz przeciwudarowy nazywany jest również odprowadzaczem przepięć z szparą lub odprowadzaczem przepięć z krzemionką węglową z szeregową szparą.

Konstrukcja zasuwowego zabezpieczacza przeciwudarowego

Zasuwowy zabezpieczacz przeciwudarowy jest skonstruowany z wieloelementowej montażu iskrowników połączonych szeregowo z opornikiem wykonanym z nieliniowego elementu. Każdy iskrownik składa się z dwóch elementów. Aby rozwiązać problem nierównomiernego rozkładu napięcia między szparami, oporniki nieliniowe są połączone równolegle do każdej indywidualnej szpary. Ta konstrukcja pomaga zapewnić prawidłowe działanie zabezpieczacza w różnych warunkach elektrycznych, umożliwiając mu efektywną ochronę sprzętu elektrycznego przed przepięciami wywołanymi uderzeniami piorunów.

Elementy opornikowe są wykonywane z krzemionki węglowej połączonej z nieorganicznymi wiążącymi. Cała montaż jest umieszczona w hermetycznym obudowie porcelanowej, wypełnionej azotem lub gazem SF6. To środowisko wypełnione gazem pomaga zwiększyć izolację elektryczną i wydajność zabezpieczacza.

Działanie zasuwowego zabezpieczacza przeciwudarowego

W normalnych warunkach niskiego napięcia, oporniki równoległe zapobiegają przepływowi iskrowemu przez szpary. W rezultacie powolne zmiany napięcia zasilającego nie stanowią zagrożenia dla systemu elektrycznego. Jednak gdy wystąpią szybkie zmiany napięcia na zaciskach zabezpieczacza, takie jak te spowodowane uderzeniem pioruna lub przepięciem elektrycznym, powietrzne szpary w zabezpieczaczu doświadczają przepływu iskrowego. Powstający prąd jest następnie odprowadzany do ziemi przez opornik nieliniowy. Istotnie, opornik nieliniowy pokazuje ekstremalnie niski opór w tych warunkach wysokiego napięcia i dużego prądu, efektywnie odbierając nadmiarowy prąd od chronionego sprzętu elektrycznego i chroniąc go przed potencjalnym uszkodzeniem.

Po przejściu przepięcia, napięcie przyłożone do zabezpieczacza maleje. Jednocześnie, opór zabezpieczacza wzrasta stopniowo, aż do przywrócenia normalnego napięcia pracy. Gdy przepięcie się rozproszy, mały prąd o niskiej częstotliwości zaczyna płynąć przez ścieżkę utworzoną przez poprzedni przepływ iskrowy. Ten określony prąd nazywany jest prądem postimpulsowym.

Wielkość prądu postimpulsowego stopniowo maleje do wartości, która może być przerwana przez iskrownik, gdy iskrownik odzyskuje swoją siłę dielektryczną. Prąd postimpulsowy gasnie w pierwszym zerowym przebiegu fali prądu. W rezultacie, zasilanie pozostaje nieprzerwane, a zabezpieczacz ponownie jest gotowy do normalnej pracy. Ten proces nazywany jest ponownym zapieczętowaniem zabezpieczacza przeciwudarowego.

Etapów działania zasuwowego zabezpieczacza przeciwudarowego

Gdy przepięcie dociera do transformatora, napotyka zabezpieczacz przeciwudarowy, jak pokazano na rysunku poniżej. W ciągu około 0,25 μs, napięcie osiąga wartość rozerwania szeregowej szpary, co powoduje, że zabezpieczacz rozpoczyna odprowadzanie. Ta akcja odprowadzania odbiera nadmiarowy prąd związany z przepięciem, ochroniając transformator i inne podłączone urządzenia elektryczne przed potencjalnym uszkodzeniem spowodowanym przejściowym wysokim napięciem.

Gdy napięcie przepięcia wzrasta, opór nieliniowego elementu maleje. To spadnięcie oporu umożliwia kontynuowanie odprowadzania dodatkowej energii przepięcia. W rezultacie, napięcie przekazywane do urządzeń końcowych jest ograniczone, jak jasno pokazano na rysunku poniżej. Ten mechanizm odgrywa kluczową rolę w ochronie urządzeń końcowych przed szkodliwymi efektami wysokich napięć przepięcia, efektywnie kontrolując ilość napięcia docierającego do nich.

Gdy napięcie maleje, prąd płynący do ziemi jednocześnie maleje, a opór zabezpieczacza przeciwudarowego wzrasta. Ostatecznie, zabezpieczacz przeciwudarowy dochodzi do etapu, w którym iskrownik przerwał przepływ prądu, a zabezpieczacz efektywnie ponownie się zapieczętował. Ten proces zapewnia, że po zakończeniu zdarzenia przepięcia, zabezpieczacz wraca do swojego normalnego, nieprzewodzącego stanu, gotowy do ochrony systemu elektrycznego przed przyszłymi przepięciami.

Maksymalne napięcie, które powstaje na zaciskach zabezpieczacza i jest przekazywane do urządzeń końcowych, nazywane jest wartością rozerwania zabezpieczacza. Ta wartość jest kluczowa, ponieważ określa, w jakim stopniu zabezpieczacz może chronić podłączone urządzenia przed nadmiernymi przepięciami napięcia.

Typy zasuwowych zabezpieczaczy przeciwudarowych

Zasuwowe zabezpieczacze przeciwudarowe można podzielić na kilka typów, mianowicie stacyjne, liniowe, zabezpieczacze do ochrony maszyn obrótkowych (typ dystrybucyjny lub wtórny).

• Stacyjny zasuwowy zabezpieczacz przeciwudarowy

• Ten typ zabezpieczacza jest głównie używany do ochrony kluczowego sprzętu energetycznego w obwodach o napięciu od 2,2 kV do 400 kV i nawet wyższym. Charakteryzuje się dużą zdolnością do rozpraszania energii. Pozwala to na obsługę dużych ilości energii przepięcia, zapewniając bezpieczeństwo kluczowych komponentów energetycznych w stacji.

• Liniowy zabezpieczacz przeciwudarowy

• Liniowe zabezpieczacze są używane do ochrony sprzętu w podstacjach. Mają mniejszą przekrój, są lżejsze i bardziej ekonomiczne w porównaniu ze stacyjnymi zabezpieczaczami. Niemniej jednak, pozwalają na wyższe napięcie przepięcia na swoich zaciskach w porównaniu ze stacyjnymi zabezpieczaczami i mają niższą zdolność do przeprowadzania przepięć. Mimo tych różnic, są dobrze przystosowane do ochrony sprzętu w podstacjach ze względu na ich specyficzny projekt i kosztowość.

• Dystrybucyjny zabezpieczacz

• Dystrybucyjne zabezpieczacze są zwykle montowane na słupach i są używane do ochrony generatorów i silników w sieci dystrybucyjnej. Ich umieszczenie na słupach sprawia, że są łatwo dostępne do montażu i konserwacji, jednocześnie efektywnie chroniąc sprzęt elektryczny w systemie dystrybucji.

• Wtórny zabezpieczacz

• Wtórne zabezpieczacze są zaprojektowane do ochrony niskonapięciowego sprzętu. Podobnie, zabezpieczacze do ochrony maszyn obrótkowych są specjalnie zaprojektowane do ochrony generatorów i silników. Te zabezpieczacze odgrywają kluczową rolę w zapewnieniu niezawodnej pracy niskonapięciowego i obrotowego sprzętu, zapobiegając uszkodzeniom spowodowanym przepięciami napięcia.