Защитни клапани: принцип на работа и характеристики
Устройство и принцип на действие на клапаните
Основните елементи клапанен ограничител са искрова междина и нелинеен резистор, които са свързани последователно между живия проводник и земята успоредно със защитената изолация.
Когато импулс на пренапрежение на мълния се приложи към разрядника, неговата искрова междина се разрушава и токът протича през разрядника. По този начин задържателят е пуснат в експлоатация. Напрежението, при което пробиват искровите пролуки, се нарича пробивно напрежение на разрядника.
След разрушаването на искровото разстояние напрежението в искровото пространство, а оттам и върху изолацията, която защитава, намалява до стойност, равна на произведението на импулсния ток Ази нататък резисторно съпротивление от серия R и. Това напрежение се нарича оставащо напрежение Ubasn. Стойността му не остава постоянна, а се променя заедно с промяна в величината на импулсния ток Ази преминаване през искровото пространство. Въпреки това, през цялото време на работа на разрядника, остатъчното напрежение не трябва да се повишава до стойност, опасна за защитената изолация.
Ориз. 1. Електрическа схема включване на клапани. IP — искра, Rn — съпротивление на нелинеен резистор, U — импулс на свръхнапрежение на мълния, И — изолация на защитения обект.
След като импулсният ток спре да тече през разрядника, токът, дължащ се на честотното напрежение, продължава да тече. Този ток се нарича придружаващ. Искровите междини на ограничителя трябва да гарантират надеждно гасене на следващата токова дъга, когато тя за първи път премине през нула.
Ориз. 2. Формата на импулса на напрежението преди и след задействане на клапана. Tp е времето за реакция на искровия процеп (време за разреждане), Ази е импулсният ток на разрядника.
Захранващо напрежение на клапаните
Надеждността на гасенето на дъгата от искровото пространство зависи от стойността на напрежението на честотата на захранването на разрядника в момента на гасене на последващия ток. Максималната стойност на напрежението, при която искровите пропуски на ограничителите надеждно прекъсват съпътстващия ток, се нарича максимално допустимо напрежение или демпфиращо напрежение Угаш.
Величината на охлаждащото напрежение на клапановия ограничител се определя от режима на работа на електрическата инсталация, в която работи. Тъй като по време на гръмотевични бури може да има едновременно късо съединение на една фаза към земята и работа на вентилни ограничители на други неповредени фази, напрежението в тези фази се повишава в този случай. Напрежението за гасене на клапаните се избира, като се вземат предвид такива увеличения на напрежението.
За ограничители, работещи в мрежи с изолирана неутрала, напрежението на гасене се приема да бъде Uизгаряне= 1,1 х 1,73 х Uf = 1,1 Un, където Uf — напрежение на работната фаза.
Това отчита възможността за увеличаване на напрежението на неповредените фази до линейно, когато една фаза е късо съединена с маса и с още 10% поради регулирането на напрежението на потребителя. Следователно най -високото работно напрежение на разрядника е 110% от номиналното напрежение на мрежата Unom.
За ограничители, работещи в мрежи с твърдо заземена неутрала, напрежението на гасене е 1,4 Uf, t.д. 0,8 от номиналното напрежение на мрежата: Uпробив = 1,4 Uf = 0,8 UНе. Следователно такива арестори понякога се наричат 80%.
Искрови пролуки в клапаните
Искровите междини на клапаните трябва да отговарят на следните изисквания: да имат стабилно пробивно напрежение с минимално разпръскване, да имат характеристика на плосък волт-секунда, да не променят пробивното му напрежение след многократни операции, да гасят дъгата на последващия ток при първото му преминаване през нула. Тези изисквания са изпълнени от множество искрови междини, които се събират от единични искрови междини с малки въздушни пролуки. Единични свещи се свързват последователно и за всеки от тях при най -високото допустимо напрежение има около 2 kV.
Разделянето на дъгата на къси дъги в единични искрови пролуки увеличава свойствата на потискане на дъгата на вентилния ограничител, което се обяснява с интензивното охлаждане на дъгата и големия спад на напрежението при всеки електрод (ефект на спадане на напрежението на катода).
Пробивното напрежение на искровите пролуки в клапанов разрядник, когато е изложено на атмосферно пренапрежение, се определя от неговата характеристика волт-секунда, т.е.зависимостта на времето на разреждане от амплитудата на импулса на пренапрежение. Времето за разреждане е времето от началото на импулса за пренапрежение до разрушаването на искровия процеп на разрядника.
За ефективна защита на изолацията, неговата волтово-втора характеристика трябва да лежи по-висока от волта-втората характеристика на разрядника. Изместването на характеристиките на волта-секунда е необходимо, за да се запази надеждността на защитата в случай на случайно отслабване на изолацията при работа, както и поради наличието на зони на разпространение на разрядни напрежения както при самия разрядник, така и при защитена изолация.
Характеристиката на волта-секунда на защитника трябва да има плоска форма. Ако е стръмен, както е показано на фиг. 3 с пунктирана линия, това ще доведе до факта, че разрядникът ще загуби своята универсалност, тъй като всеки тип оборудване с индивидуална характеристика на волта-секунда ще изисква свой собствен специален ограничител.
Ориз. 3. Характеристики на волта-секунда на вентилни ограничители и защитената от тях изолация.
Нелинеен резистор. Към него се налагат две противоположни изисквания: в момента, в който токът на мълния преминава през него, съпротивлението му трябва да намалее; когато придружаващият честотен ток на мощност преминава през него, той, напротив, трябва да се увеличи. Тези изисквания са изпълнени устойчивост на карборунд, което се променя в зависимост от приложеното към него напрежение: колкото по -високо е приложеното напрежение, толкова по -ниско е неговото съпротивление и, обратно, колкото по -ниско е приложеното напрежение, толкова по -голямо е неговото съпротивление.
В допълнение, последователно свързаното съпротивление на карбурунда, като активно съпротивление, намалява фазовото изместване между придружаващия ток и напрежение и с едновременното им преминаване през нулевата стойност се улеснява изгасването на дъгата.
С увеличаване на напрежението стойността на съпротивлението на бариерните слоеве намалява, което осигурява преминаването на големи токове със сравнително малки падания на напрежението.
HTML клипбордЗависимостта на напрежението през искровия процеп от стойността на преминаващия през него ток (характеристика ток-напрежение) се изразява приблизително с уравнението:
U = CАзα,
където U е напрежението в съпротивлението на нелинейния резистор предпазител на клапани, Аз — токът, преминаващ през нелинейния резистор, C е постоянна числово равна на съпротивлението при ток от 1 A, α Коефициентът на вентилация е.
Колкото по -малък е коефициентът α, толкова по -малко се променя напрежението на нелинейния резистор, когато токът, преминаващ през него, се променя и по -малко оставащото напрежение на клапана.
Стойностите на оставащите напрежения, дадени в сертификата на клапанен ограничител, са дадени за нормализираните импулсни токове. Стойностите на тези токове са в диапазона от 3 000-10 000 А.
Всеки токов импулс оставя следа от разрушаване в последователния резистор — настъпва разрушаване на бариерния слой на отделни зърна карборунд. Многократното преминаване на токови импулси води до пълна повреда на резистора и унищожаване на разрядника. Пълна повреда на резистора настъпва колкото по -рано, толкова по -голяма е амплитудата и дължината на токовия импулс. Следователно пропускателната способност на клапанния ограничител е ограничена. При оценката на пропускателната способност на клапанните ограничители се взема предвид пропускателната способност както на последователните резистори, така и на искровите пролуки.
Резисторите трябва да издържат без повреда 20 токови импулса с продължителност 20/40 µs с амплитуда в зависимост от вида на ограничителя. Например, за ограничители тип RVP и RVO с напрежение 3 — 35 kV, амплитудата на тока е 5000 A, за тип RVS с напрежение 16 — 220 kV — 10 000 A и RVM и RVMG с напрежение 3 — 500 kV — 10 000 A.
За да се повишат защитните свойства на клапанната искрова междина, е необходимо да се намали оставащото напрежение, което може да бъде постигнато чрез намаляване на вентилния коефициент α на последователния нелинеен резистор, като същевременно се увеличат свойствата за потискане на дъгата на искровите междини.
Увеличаването на свойствата за потискане на дъгата на искровите пропуски прави възможно увеличаването на съпътстващия ток, прекъснат от тях, и следователно дава възможност да се намали съпротивлението на последователния резистор. Понастоящем техническото усъвършенстване на клапаните се извършва по тези линии.
трябва да бъде отбелязано че във веригата на клапанен ограничител заземяващото устройство е от голямо значение. При липса на заземяване разрядникът не може да работи.
Заземяването на клапанния ограничител и защитеното от него оборудване се комбинират. В случаите, когато клапанният ограничител по някаква причина е отделен от защитеното оборудване заземяване, стойността му се нормализира в зависимост от нивото на изолация на оборудването.
Монтаж на ограничители
След задълбочена проверка, ограничителите се монтират на носещите конструкции, проверяват се за ниво и отвес с подплата, ако е необходимо, под основата на ламаринените секции и се фиксират върху опорите с помощта на скоба с болтове.