- Urządzenie i zasada działania
- Aplikacja
- Rodzaje ograniczników
- Specyfikacje techniczne
- Konserwacja i diagnostyka ograniczników przepięć
- Film na temat artykułu
Pomóż w opracowaniu witryny, udostępniając artykuł znajomym!
Jednym z najbardziej niebezpiecznych trybów awaryjnych w sieciach elektrycznych jest impulsowy skok napięcia podczas wyładowań atmosferycznych, nakładających się linii lub operacji przełączania. Wartość ta znacznie przewyższa wzrost prądu pulsacyjnego i wpływa na izolację urządzeń elektrycznych i innych urządzeń, dlatego klasyczne automaty i inne zabezpieczenia, które reagują na zmianę prądu znamionowego, nie są skuteczne.
Wartość przepięcia może być kilkakrotnie wyższa niż nominalna wartość robocza, dlatego zjawisko to stanowi zagrożenie dla wszystkich urządzeń i elementów sieci. Aby zapobiec znacznym stratom i ponownym kosztom odbudowy w instalacjach elektrycznych, stosuje się tłumiki przepięć (SPD).
Urządzenie i zasada działania
Strukturalnie tłumik przepięć zawiera element półprzewodnikowy o nieliniowej wartości oporu. Z reguły w roli takich elementów znajdują się dyski vilitovy wykonane na bazie tlenków cynku z włączeniem do składu tych lub innych zanieczyszczeń. Na zewnątrz dyski są zamknięte płaszczem ochronnym, a na końcach mają przewody elektryczne, z których jeden jest dostarczany do chronionej sieci elektrycznej, a drugi jest uziemiony. Przykład konkretnego wariantu urządzenia przeciwprzepięciowego pokazano na rysunku 1 poniżej:
Działanie ogranicznika przepięć jest podobne do konwencjonalnego warystora, charakterystyczną cechą ogranicznika są pewne różnice z charakterystyką warystora pod względem przewodności i szybkości narastania. Zasada działania tłumika napięcia udarowego leży w jego nieliniowej charakterystyce prądowo-napięciowej (IVC). Oznacza to, że przy napięciu nominalnym rezystancja warystorów jest wystarczająco duża i prąd nie przepływa przez nie - jego rezystancja izolacji jest porównywalna z izolacją kabli, izolatorów i urządzeń elektrycznych.
W trybie pracy, gdy występują wyładowania atmosferyczne lub inne impulsy wysokiego napięcia, rezystancja rezystorów nieliniowych wewnątrz ogranicznika gwałtownie spada. Z reguły wartość ta zbliża się do zera lub niewspółmiernie mniejsza niż rezystancja sieci i wszystkich podłączonych do niej urządzeń. Dlatego w przypadku przepięć lub burzy z wyładowaniami prąd rozładowania płynie tylko przez tłumik przepięć do ziemi, co chroni urządzenia elektryczne.
Granice działania tłumika przepięć dla wyładowań atmosferycznych lub innych impulsowych przepięć są określane przez jego charakterystykę prądowo-napięciową.
Jak widać na rysunku 2, gdy tłumik przepięć pracuje do 600V, prąd płynący przez niego będzie wynosił zero. Gdy tylko ta wartość przekroczy znak 600V, opór gwałtownie spada, a płynący prąd wzrasta do setek i tysięcy amperów.
Tutaj krzywa charakterystyczna jest reprezentowana przez trzy sekcje:
- 1 - obszar prądów zerowych lub ultra-niskich;
- 2 - obszar średnich obciążeń prądowych;
- 3 - obszar maksymalnego prądu.
Aplikacja
Zastosowano tłumik przepięć, aby zapobiec narastaniu przepięć w sprzęcie elektrycznym z późniejszym przeniesieniem impulsu rozładowania na ziemię.
Powszechne stosowanie nieliniowych ograniczników jest powszechne w liniach energetycznych, gdzie działają one jako ochrona odgromowa, a same przewody są odbiornikami piorunów. Do celów przemysłowych tłumiki przepięć są używane do ochrony różnych urządzeń elektrycznych i personelu, na przykład w podstacjach trakcyjnych i transformatorowych, rozdzielnicach itp. W urządzeniach gospodarstwa domowego ograniczniki przepięć są używane do instalacji w panelach elektrycznych przy wejściu do budynku lub do ochrony cennego sprzętu.
Rodzaje ograniczników
Ze względu na szeroki zakres zadań tłumiki przepięć są podzielone na kilka typów, które różnią się następującymi parametrami:
- Klasa napięcia - ilość robocza, dla której zaprojektowano ogranicznik, jest podzielona na urządzenia do 1kV i wyższe, co do zasady, napięcie znamionowe odpowiada standardowej wartości parametrów elektrycznych sieci (6, 10, 35kV).
- Materiał koszulki - określa rodzaj izolacji warstwy zewnętrznej, najczęściej używanych modeli porcelany lub polimerów.
- Klasa bezpieczeństwa - określa zdolność do zainstalowania lub na otwartej części lub tylko wewnątrz.
- Liczba elementów lub faz - liczba ochronników przepięciowych zależy od liczby chronionych faz i wielkości napięcia zasilania.
Tak więc dla każdej z faz instalacji elektrycznej można zainstalować oddzielną kolumnę lub jedną dla wszystkich. Należy również zauważyć, że w instalacjach elektrycznych dla 110 kV i więcej ograniczników dla pojedynczej fazy można zmontować z kilku elementów tego samego typu, na przykład od trzech do 35 kV.
W zależności od przyczyn przepięć w sieci, urządzenie zabezpieczające musi być ustawione zgodnie z wymaganiami norm:
- GOST R 50571.18-2000 - od możliwych przepięć w sieciach niskiego napięcia z wysokimi zamknięciami bocznymi.
- GOST R 50571.19-2000 - ze skoków powstałych w wyniku uderzenia pioruna i wynikających z tego instalacji elektrycznych.
- GOST R 50571.20-2000 - od przepięcia generowanego przez efekty elektromagnetyczne.
Połączenie kilku typów pozwala budować wielofunkcyjne lub krokowe ograniczniki.
Porcelana
Dość powszechną opcją jest przełączanie tłumików przepięć w obudowie porcelanowej. Modele takie różnią się parametrami operacyjnymi, ponieważ ceramika jest odporna na działanie promieniowania słonecznego, a wyładowacz zaworów wewnątrz jest praktycznie niezależny od temperatury otoczenia.
Istotną zaletą tych ograniczników jest również duża wytrzymałość mechaniczna na ściskanie i rozdarcie, dzięki czemu można je stosować jako konstrukcję nośną. Ale ograniczniki porcelany charakteryzują się stosunkowo dużą masą, a także stanowią poważne zagrożenie w przypadku pęknięcia, ponieważ fragmenty porcelany uderzają w pobliskie budynki i mogą zranić personel.
Polimer
Wraz z rozwojem przemysłu chemicznego i rozprzestrzenianiem się polimerów jako dielektryków, znacznie wyparły ograniczniki porcelany. Ograniczniki polimerowe to kurtki wykonane z gumy, winylu, fluoroplastu lub innych podobnych materiałów.
Ograniczniki polimerowe są znacznie bardziej odporne na wilgoć, są lżejsze i bardziej samoistnie bezpieczne, ponieważ w przypadku uszkodzenia ciała przez nadciśnienie wewnątrz kolumny, koszula jest uszkodzona wzdłuż linii uskoku, ale nie rozlatuje się z ostrymi fragmentami. Istotną zaletą modeli polimerowych jest ich odporność na obciążenia dynamiczne.
Wady polimerowych ograniczników obejmują zdolność do gromadzenia kurzu i innych chwastów na powierzchni dielektryka, co z czasem prowadzi do zwiększenia przepustowości, zwiększenia prądu upływu i przebicia izolacji. Ponadto polimery obawiają się promieniowania słonecznego i wahań temperatury w środowisku.
Pojedyncza kolumna
Takie ograniczniki przepięć są jednym elementem konstrukcyjnym o nieliniowej rezystancji. Liczba dysków półprzewodnikowych w nich jest wybierana zgodnie z kategorią chronionej instalacji elektrycznej. W zależności od ilości i rodzaju pyłu i chwastów osiadających na powierzchni, ograniczniki jednokolumnowe są podzielone na klasy od II do IV zgodnie z kalibracją GOST 9920.
Wielokolumnowy
W przeciwieństwie do poprzednich urządzeń pracujących z przepięciami przełączającymi, te środki ochrony urządzeń wysokiego napięcia mają kilka kolumn, modułów lub bloków, które są połączone w jeden system. Ten typ ogranicznika charakteryzuje się większą niezawodnością w stosunku do chronionych obiektów, ponieważ jest w stanie reagować na pojedyncze i różnicowe przepięcia.
Specyfikacje techniczne
Przy wyborze konkretnego modelu tłumika przepięć brane są pod uwagę następujące parametry urządzenia:
- Czas reakcji - charakteryzuje prędkość otwierania elementu półprzewodnikowego ogranicznika po wzroście napięcia.
- Napięcie robocze - określa ilość energii elektrycznej, jaką ogranicznik przepięć może wytrzymać bez zakłóceń w dowolnym okresie czasu.
- Nominalne przepięcie - wartość ilości roboczej, którą ogranicznik jest w stanie wytrzymać przez 10 sekund, jest również normalizowana wraz z napięciem resztkowym, które pozostaje w sieci.
- Prąd upływu - powstaje w wyniku przyłożenia napięcia do tłumika przepięć i jest określony przez jego rezystancję omową lub parametry rezystora. W dobrym stanie parametr ten wynosi setne lub tysięczne ampera, przepływające przez płaszcz i półprzewodnik od źródła do przewodu uziemiającego.
- Prąd rozładowania - wartość wytwarzana podczas skoków impulsowych, w zależności od źródła przepięcia, jest podzielona na impulsy atmosferyczne, elektromagnetyczne i przełączające.
- Odporność na udary prądu udarowego - określa zdolność do utrzymania integralności wszystkich elementów konstrukcyjnych w trybie awaryjnym.
Konserwacja i diagnostyka ograniczników przepięć
Podczas pracy tłumiki przepięć nie są elementem jednorazowego użytku. W związku z tym mogą wielokrotnie wykonywać operacje przesyłania automatycznie rozładowania impulsu do szyny uziemiającej. Ze względu na charakter przepływu i wielkość przepięcia, ogranicznik może utracić ustawienia fabryczne, zmniejszając jego sprawność do całkowitej awarii. Aby zapobiec takim sytuacjom, podlegają one okresowym kontrolom podczas pracy, co reguluje klauzula 2.8.7 ПТЭЭП. Kiedy to jest zaznaczone:
- Opór - przynajmniej raz na 6 lat, mierzony za pomocą miernika megaomów.
- Prąd przewodzenia jest sprawdzany tylko wtedy, gdy poprzedni parametr jest zmniejszony.
- Napięcie przebicia i szczelność są sprawdzane tylko po naprawie fabrycznej lub po uruchomieniu w fabryce. Organizacje samozasilające się i działające, takie środki diagnostyczne dla ograniczników nie są wykonywane.
- Pomiary termiczne powinny być przeprowadzane zgodnie z przepisami producenta lub lokalną konserwacją zapobiegawczą.
Również podczas pracy można przeprowadzić zewnętrzną kontrolę urządzenia pod kątem obecności podgarstka, wiórów, zanieczyszczeń lub innych defektów w izolacji.