Sigurnosni ventili: princip rada i karakteristike
Uređaj i princip rada ventila
Glavni elementi graničnika ventila su iskrište i nelinearni otpornik, koji su spojeni u seriju između žice pod naponom i mase paralelno sa zaštićenom izolacijom.
Kada se udar munje primijeni na odvodnik, njegov iskrište se prekida i struja teče kroz odvodnik. Tako se držač stavlja u rad. Napon pri kojem dolazi do pucanja iskrišta naziva se probojni napon odvodnika.
Nakon proboja iskrišta, napon u iskrištu, a time i na izolaciji koju štiti, opada na vrijednost jednaku umnošku impulsne struje Azi na otpor otpornika u seriji R i. Ovaj napon naziva se zaostali napon Ubasn. Njegova vrijednost ne ostaje konstantna, već se mijenja zajedno s promjenom veličine impulsne struje dok prolazi kroz iskrište.Međutim, tijekom cijelog vremena rada odvodnika, preostali napon ne smije porasti do vrijednosti opasne za zaštićenu izolaciju.
Riža. 1. Dijagram električnog kruga uključivanje ventila. IP — iskra, Rn — otpor nelinearnog otpornika, U — prenaponski impuls munje, I — izolacija štićenog objekta.
Nakon što impulsna struja prestane teći kroz odvodnik, nastavlja teći struja uslijed frekvencijskog napona. Ova struja se naziva popratna struja. Iskrišta odvodnika moraju osigurati pouzdano gašenje sljedećeg luka kada prvi prijeđe nulu.
Riža. 2. Oblik naponskog impulsa prije i poslije aktiviranja ventila. Tp je vrijeme reakcije iskrišta (vrijeme pražnjenja), Azi je impulsna struja odvodnika.
Napon napajanja ventila
Pouzdanost gašenja luka iz iskrišta ovisi o vrijednosti napona frekvencije napajanja odvodnika u trenutku gašenja naknadne struje. Najveća vrijednost napona pri kojoj iskrišta graničnika pouzdano prekidaju popratnu struju naziva se najveći dopušteni napon ili napon prigušenja Ugash.
Veličina napona hlađenja graničnika ventila određena je načinom rada električne instalacije u kojoj radi. Budući da za vrijeme grmljavinskog nevremena može doći do istovremenog kratkog spoja jedne faze na masu i rada graničnika ventila na drugim neoštećenim fazama, u tom slučaju napon u tim fazama raste. Napon gašenja ventila odabire se uzimajući u obzir takva povećanja napona.
Za graničnike koji rade u mrežama s izoliranim neutralom, pretpostavlja se da je napon gašenja Ugorenje = 1,1 x 1,73 x Uf = 1,1 Un, gdje je Uf - napon radne faze.
Ovo uzima u obzir mogućnost povećanja napona neoštećenih faza na linearni kada je jedna faza kratko spojena na masu i za još 10% zbog regulacije napona korisnika. Stoga je najveći pogonski napon odvodnika 110% nazivnog napona mreže Unom.
Za odvodnike koji rade u mrežama s čvrsto uzemljenom neutralnom nulom, napon gašenja je 1,4 Uf, t.d. 0,8 nazivnog mrežnog napona: Uproboj = 1,4 Uf = 0,8 UNbr. Stoga se takvi odvodnici ponekad nazivaju 80%.
Iskrišta u ventilima
Iskrišta ventila moraju ispunjavati sljedeće zahtjeve: imati stabilan probojni napon s minimalnim širenjem, imati ravnu karakteristiku volt-sekunde, ne mijenjati svoj probojni napon nakon ponovljenih operacija, ugasiti luk naknadne struje kada prvi put prođe kroz nulu. Ove zahtjeve ispunjavaju više iskrišta koja su sastavljena od pojedinačnih iskrišta s malim zračnim rasporima. Pojedinačne svijeće spojene su u seriju i za svaku od njih na najvećem dopuštenom naponu je oko 2 kV.
Razdvajanje luka na kratke lukove u pojedinačne iskrišta povećava svojstva gašenja luka ventilskog odvodnika, što se objašnjava intenzivnim hlađenjem luka i velikim padom napona na svakoj elektrodi (učinak pada napona na katodi).
Probojni napon iskrišta u ventilskom odvodniku kada je izložen atmosferskom prenaponu određen je njegovom volt-sekundnom karakteristikom, tj. ovisnošću vremena pražnjenja o amplitudi prenaponskog impulsa. Vrijeme pražnjenja je vrijeme od početka udarnog impulsa do proboja iskrišta odvodnika.
Za učinkovitu zaštitu izolacije, njegova volt-sekundna karakteristika mora biti viša od volt-sekundne karakteristike odvodnika. Pomak volt-sekundnih karakteristika je neophodan za očuvanje pouzdanosti zaštite u slučaju slučajnog slabljenja izolacije tijekom rada, kao i zbog prisutnosti područja širenja napona pražnjenja kako u samom odvodniku tako iu zaštićena izolacija.
Volt-sekundna karakteristika zaštitnika treba imati ravan oblik. Ako je strma, kao što je prikazano na sl. 3 s isprekidanom linijom, to će dovesti do činjenice da će odvodnik izgubiti svoju univerzalnost, budući da će svaka vrsta opreme s individualnom karakteristikom volt-sekunde zahtijevati svoj poseban graničnik.
Riža. 3. Volt-sekundne karakteristike graničnika ventila i njima zaštićena izolacija.
Nelinearni otpornik. Na njega se postavljaju dva suprotna zahtjeva: u trenutku kada kroz njega prođe struja munje, njegov se otpor mora smanjiti; kada kroz njega prolazi popratna struja frekvencijske snage, mora se, naprotiv, povećati.Ovi zahtjevi zadovoljavaju otpornost karborunda, koja se mijenja ovisno o naponu koji je na njega primijenjen: što je veći primijenjeni napon, manji je njegov otpor i, obrnuto, što je niži primijenjeni napon, to je veći njegov otpor.
Osim toga, serijski spojeni otpor karburunda, kao aktivni otpor, smanjuje fazni pomak između popratne struje i napona, a njihovim istodobnim prolaskom kroz nultu vrijednost olakšava se gašenje luka.
S porastom napona smanjuje se vrijednost otpora barijernih slojeva, što osigurava prolaz velikih struja uz relativno male padove napona.
HTML međuspremnik Ovisnost napona na iskrištu o vrijednosti struje koja kroz njega prolazi (strujno-naponska karakteristika) aproksimativno se izražava jednadžbom:
U = CAα,
gdje je U napon na otporu zaštitnika ventila nelinearnog otpornika, I — struja koja prolazi kroz nelinearni otpornik, C je konstanta numerički jednaka otporu pri struji od 1 A, α Faktor ventilacije je .
Što je manji koeficijent α, to se manje mijenja napon nelinearnog otpornika kada se mijenja struja koja prolazi kroz njega, a manji je i preostali napon ventila.
Vrijednosti zaostalog napona navedene u certifikatu limitera ventila dane su za normalizirane impulsne struje. Vrijednosti ovih struja su u rasponu od 3.000-10.000 A.
Svaki strujni impuls ostavlja trag uništenja u serijskom otporniku - dolazi do sloma barijernog sloja pojedinačnih zrna karborunda.Ponovljeni prolaz strujnih impulsa dovodi do potpunog kvara otpornika i uništenja odvodnika. Potpuni kvar otpornika događa se ranije, što je veća amplituda i duljina strujnog impulsa. Stoga je kapacitet protoka restriktora ventila ograničen. Pri procjeni propusne moći restriktora ventila uzima se u obzir propusna moć serijskih otpornika i iskrišta.
Otpornici moraju bez oštećenja izdržati 20 strujnih impulsa trajanja 20/40 µs s amplitudom ovisno o vrsti limitera. Na primjer, za odvodnike tipa RVP i RVO s naponom od 3 - 35 kV, amplituda struje je 5000 A, za tip RVS s naponom od 16 - 220 kV - 10 000 A, a RVM i RVMG s naponom od 3 — 500 kV — 10 000 A.
Da bi se povećala zaštitna svojstva ventilskog iskrišta, potrebno je smanjiti zaostali napon, što se može postići smanjenjem ventilskog koeficijenta α serijskog nelinearnog otpornika, dok se povećavaju svojstva gašenja luka iskrišta.
Povećanje svojstava potiskivanja luka iskrišta omogućuje povećanje struje skretnice koju oni prekidaju i stoga omogućuje smanjenje otpora serijskog otpornika. Trenutno se tehnička poboljšanja ventila provode na ovim linijama.
treba napomenuti da je u krugu ograničenja ventila uređaj za uzemljenje od velike važnosti. U nedostatku uzemljenja, odvodnik ne može raditi.
Kombinira se uzemljenje graničnika ventila i njime zaštićene opreme.U slučajevima kada je graničnik ventila iz nekog razloga odvojen od zaštićene opreme uzemljenje, njegova se vrijednost normalizira ovisno o razini izolacije opreme.
Instalacija ograničenja
Nakon detaljnog pregleda, graničnici se postavljaju na potporne konstrukcije, provjeravaju razinu i visinu s podstavom, ako je potrebno, ispod podnožja limenih dijelova i pričvršćuju na nosače pomoću vijčane stezaljke.