อะไรคืออุปกรณ์ป้องกันฟ้าผ่าแบบวาล์ว

วาล์วประเภทฟ้าผ่าคืออะไร?

คำนิยาม

ฟ้าผ่าที่ประกอบด้วยช่องว่างเดียวหรือหลายช่องว่างเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมกับองค์ประกอบควบคุมกระแสเรียกว่าฟ้าผ่า ช่องว่างระหว่างขั้วไฟฟ้าจะป้องกันการไหลของกระแสผ่านฟ้าผ่า ยกเว้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ช่องว่างเกินแรงดันไฟฟ้าที่ทำให้เกิดการฟ้าผ่าที่สำคัญ ฟ้าผ่าประเภทวาล์วยังเรียกว่าฟ้าผ่าที่มีช่องว่างหรือฟ้าผ่าที่มีคาร์ไบด์ซิลิคอนพร้อมช่องว่างอนุกรม

โครงสร้างของฟ้าผ่าประเภทวาล์ว

ฟ้าผ่าประเภทวาล์วถูกสร้างขึ้นด้วยชุดช่องว่างประกายไฟหลายช่องเชื่อมต่อกันเป็นอนุกรมกับตัวต้านทานที่ทำจากองค์ประกอบไม่เชิงเส้น แต่ละช่องว่างประกายไฟประกอบด้วยสององค์ประกอบ เพื่อแก้ไขการกระจายแรงดันไฟฟ้าที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างช่องว่าง ตัวต้านทานไม่เชิงเส้นได้รับการเชื่อมต่อขนานกับแต่ละช่องว่าง โครงสร้างนี้ช่วยในการทำงานอย่างเหมาะสมของฟ้าผ่าภายใต้สภาพไฟฟ้าที่แตกต่างกัน ทำให้สามารถปกป้องอุปกรณ์ไฟฟ้าจากการเกินแรงดันที่เกิดจากฟ้าผ่าได้อย่างมีประสิทธิภาพ

องค์ประกอบตัวต้านทานผลิตจากคาร์ไบด์ซิลิคอนผสมกับสารประสานอนินทรีย์ ทั้งหมดถูกห่อหุ้มไว้ภายในที่พักเซรามิกที่ถูกปิดผนึกและเติมด้วยก๊าซไนโตรเจนหรือก๊าซ SF6 สภาพที่เต็มไปด้วยก๊าซนี้ช่วยเพิ่มความฉนวนไฟฟ้าและการทำงานของฟ้าผ่า

การทำงานของฟ้าผ่าประเภทวาล์ว

ภายใต้เงื่อนไขแรงดันไฟฟ้าต่ำตามปกติ ตัวต้านทานขนานป้องกันการประกายไฟข้ามช่องว่าง ดังนั้น การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าที่ช้าไม่เป็นภัยต่อระบบไฟฟ้า อย่างไรก็ตาม เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าอย่างรวดเร็วที่ขั้วของฟ้าผ่า เช่น จากฟ้าผ่าหรือแรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นอย่างกะทันหัน ช่องว่างอากาศในฟ้าผ่าจะเกิดประกายไฟ กระแสที่เกิดขึ้นจะถูกปล่อยลงสู่พื้นผ่านตัวต้านทานไม่เชิงเส้น โดยเฉพาะตัวต้านทานไม่เชิงเส้นแสดงความต้านทานต่ำมากภายใต้สถานะแรงดันไฟฟ้าและความกระแสสูง ทำหน้าที่เบี่ยงเบนกระแสที่เกินไปจากอุปกรณ์ไฟฟ้าที่ได้รับการป้องกันและป้องกันอุปกรณ์จากการเสียหายที่อาจเกิดขึ้น

หลังจากการผ่านของแรงดันไฟฟ้าที่เกิน แรงดันที่เข้ามาที่ฟ้าผ่าลดลง พร้อมกันนั้น ความต้านทานของฟ้าผ่าเพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องจนกระทั่งแรงดันไฟฟ้าทำงานปกติกลับคืนมา เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่เกินสลายไป กระแสที่มีกำลังต่ำจะเริ่มไหลผ่านทางที่ถูกสร้างขึ้นโดยการประกายไฟก่อนหน้านี้ กระแสเฉพาะนี้เรียกว่ากระแสตามแรงดันไฟฟ้า

ปริมาณของกระแสตามแรงดันไฟฟ้าค่อยๆ ลดลงจนถึงค่าที่สามารถหยุดโดยช่องว่างประกายไฟเมื่อช่องว่างฟื้นฟูความแข็งแกร่งของฉนวนไฟฟ้า กระแสตามแรงดันไฟฟ้าจะสิ้นสุดที่จุดศูนย์ครอสแรกของคลื่นกระแส ผลลัพธ์คือการจ่ายไฟฟ้ายังคงดำเนินต่อไป และฟ้าผ่าพร้อมสำหรับการทำงานปกติอีกครั้ง กระบวนการนี้เรียกว่าการปิดผนึกใหม่ของฟ้าผ่า

ขั้นตอนการทำงานของฟ้าผ่าประเภทวาล์ว

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่เกินถึงหม้อแปลง มันจะพบกับฟ้าผ่า ดังที่แสดงในภาพด้านล่าง ในเวลาประมาณ 0.25 μs แรงดันไฟฟ้าถึงค่าที่ทำให้เกิดการแตกของช่องว่างอนุกรม ทำให้ฟ้าผ่าปล่อยกระแส กระทำนี้เบี่ยงเบนกระแสที่เกินที่เกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้าที่เกิน ป้องกันหม้อแปลงและอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เชื่อมต่ออื่น ๆ จากความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นจากแรงดันไฟฟ้าชั่วขณะที่สูง

เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่เกินเพิ่มขึ้น ความต้านทานขององค์ประกอบไม่เชิงเส้นลดลง การลดลงของความต้านทานนี้ช่วยให้การปล่อยพลังงานแรงดันไฟฟ้าที่เกินต่อไป ดังนั้น แรงดันไฟฟ้าที่ถูกส่งไปยังอุปกรณ์ปลายทางถูกจำกัด ตามที่แสดงอย่างชัดเจนในภาพด้านล่าง กลไกนี้มีบทบาทสำคัญในการปกป้องอุปกรณ์ปลายทางจากผลกระทบที่เป็นอันตรายของแรงดันไฟฟ้าที่เกินโดยควบคุมปริมาณแรงดันไฟฟ้าที่ถึงมันได้อย่างมีประสิทธิภาพ

เมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลง กระแสที่ไหลไปยังพื้นลดลงพร้อมกัน ในขณะที่ความต้านทานของฟ้าผ่าเพิ่มขึ้น ในที่สุด ฟ้าผ่าจะถึงจุดที่ช่องว่างประกายไฟหยุดกระแส และฟ้าผ่าปิดผนึกตัวเอง กระบวนการนี้ทำให้แน่ใจว่าเมื่อเหตุการณ์แรงดันไฟฟ้าที่เกินสิ้นสุด ฟ้าผ่ากลับสู่สถานะไม่ทำการนำไฟฟ้าปกติ พร้อมที่จะป้องกันระบบไฟฟ้าจากแรงดันไฟฟ้าที่เกินในอนาคต

แรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่เกิดขึ้นที่ขั้วฟ้าผ่าและถูกส่งไปยังอุปกรณ์ปลายทางเรียกว่าค่าปล่อยของฟ้าผ่า ค่านี้สำคัญเพราะมันกำหนดระดับที่ฟ้าผ่าสามารถปกป้องอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อจากการเกินแรงดันไฟฟ้า

ประเภทของฟ้าผ่าประเภทวาล์ว

ฟ้าผ่าประเภทวาล์วสามารถแบ่งออกเป็นหลายประเภท ได้แก่ ประเภทสถานี ประเภทสาย ฟ้าผ่าสำหรับการป้องกันเครื่องจักรหมุน (ประเภทจำหน่ายหรือประเภทรอง)

• ฟ้าผ่าประเภทสถานีวาล์ว

• ประเภทนี้ของฟ้าผ่าใช้ในการป้องกันอุปกรณ์ไฟฟ้าที่สำคัญในวงจรตั้งแต่ 2.2 kV ถึง 400 kV หรือแรงดันไฟฟ้าที่สูงกว่านั้น ลักษณะโดยรวมคือความสามารถในการระบายพลังงานสูง ทำให้สามารถจัดการกับพลังงานแรงดันไฟฟ้าที่เกินจำนวนมาก ทำให้แน่ใจว่าส่วนประกอบไฟฟ้าที่สำคัญภายในสถานีปลอดภัย

• ฟ้าผ่าประเภทสาย

• ฟ้าผ่าประเภทสายใช้ในการป้องกันอุปกรณ์สถานี พวกมันมีพื้นที่ภาคตัดขวางเล็กกว่า น้ำหนักเบา และประหยัดกว่าฟ้าผ่าประเภทสถานี อย่างไรก็ตาม พวกมันอนุญาตให้มีแรงดันไฟฟ้าที่เกินที่สูงกว่าที่ขั้วของมันเมื่อเทียบกับฟ้าผ่าประเภทสถานี และมีความสามารถในการรับแรงดันไฟฟ้าที่เกินต่ำกว่า แม้ว่าจะมีความแตกต่างเหล่านี้ พวกมันยังเหมาะสมสำหรับการป้องกันอุปกรณ์สถานีเนื่องจากรูปแบบการออกแบบและประสิทธิภาพราคา

• ฟ้าผ่าประเภทจำหน่าย

• ฟ้าผ่าประเภทจำหน่ายมักติดตั้งบนเสาและใช้ในการป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์ภายในระบบจำหน่าย การติดตั้งบนเสาทำให้สามารถเข้าถึงได้ง่ายสำหรับการติดตั้งและการบำรุงรักษา พร้อมกับปกป้องเครื่องจักรไฟฟ้าในระบบจำหน่ายได้อย่างมีประสิทธิภาพ

• ฟ้าผ่าประเภทรอง

• ฟ้าผ่าประเภทรองออกแบบมาเพื่อป้องกันอุปกรณ์แรงดันต่ำ เหมือนกับฟ้าผ่าสำหรับการป้องกันเครื่องจักรหมุนที่ออกแบบมาเพื่อป้องกันเครื่องกำเนิดไฟฟ้าและมอเตอร์ ฟ้าผ่าเหล่านี้มีบทบาทสำคัญในการรับประกันการทำงานที่เชื่อถือได้ของอุปกรณ์แรงดันต่ำและเครื่องจักรหมุนโดยป้องกันความเสียหายที่เกิดจากแรงดันไฟฟ้าที่เกิน