Zawory bezpieczeństwa: zasada działania i charakterystyka
Urządzenie i zasada działania zaworów
Głównymi elementami ogranicznika zaworów są iskiernik i nieliniowy rezystor, które są połączone szeregowo między przewodem pod napięciem a ziemią równolegle z chronioną izolacją.
Gdy do ogranicznika zostanie przyłożony impuls udarowy, jego iskiernik zostaje przerwany i przez ogranicznik przepływa prąd. W ten sposób ustalacz zostaje oddany do użytku. Napięcie, przy którym pękają iskierniki, nazywane jest napięciem przebicia ogranicznika.
Po przebiciu iskiernika napięcie w iskierniku, a co za tym idzie na izolacji, którą chroni, spada do wartości równej iloczynowi prądu udarowego Azi na rezystancja rezystora szeregowego R i. To napięcie nazywa się napięciem szczątkowym Ubasn. Jego wartość nie pozostaje stała, ale zmienia się wraz ze zmianą wielkości prądu impulsowego przechodzącego przez iskiernik.Jednak przez cały czas pracy ogranicznika napięcie zerowe nie może wzrosnąć do wartości niebezpiecznej dla chronionej izolacji.
Ryż. 1. Schemat obwodu elektrycznego włączanie zaworów. IP — iskra, Rn — nieliniowa rezystancja rezystora, U — piorunowy impuls przepięciowy, And — izolacja chronionego obiektu.
Po tym, jak prąd impulsowy przestanie płynąć przez ogranicznik, prąd wynikający z napięcia częstotliwości nadal płynie. Prąd ten nazywany jest prądem towarzyszącym. Iskierniki ogranicznika muszą zapewniać niezawodne wygaszenie kolejnego łuku, gdy po raz pierwszy przekroczy on zero.
Ryż. 2. Kształt impulsu napięciowego przed i po zadziałaniu zaworu. Tp to czas reakcji iskiernika (czas rozładowania), Azi to prąd udarowy wyładowania.
Napięcie zasilania zaworu
Niezawodność wygaszenia łuku z iskiernika zależy od wartości napięcia częstotliwości zasilania ogranicznika w momencie wygaszenia prądu następczego. Maksymalna wartość napięcia, przy którym iskierniki ograniczników niezawodnie przerywają towarzyszący prąd, nazywana jest maksymalnym dopuszczalnym napięciem lub napięciem tłumienia Ugash.
Wielkość napięcia chłodzenia ogranicznika zaworu zależy od trybu pracy instalacji elektrycznej, w której pracuje. Ponieważ podczas burzy może dojść do jednoczesnego zwarcia jednej fazy do masy i zadziałania ograniczników zaworów na inne nieuszkodzone fazy, napięcie w tych fazach w tym przypadku wzrasta. Napięcie gaszenia zaworów dobiera się z uwzględnieniem takich wzrostów napięcia.
Dla ograniczników pracujących w sieciach z izolowanym punktem neutralnym przyjmuje się, że napięcie gaszenia wynosi Upalenie = 1,1 x 1,73 x Uf = 1,1 Un, gdzie Uf — napięcie fazy roboczej.
Uwzględnia to możliwość podniesienia napięcia nieuszkodzonych faz do liniowego w przypadku zwarcia jednej fazy do masy oraz o kolejne 10% w wyniku regulacji napięcia przez użytkownika. Dlatego najwyższe napięcie pracy ogranicznika wynosi 110% napięcia znamionowego sieci Unom.
Dla ograniczników pracujących w sieciach z uziemionym przewodem neutralnym napięcie gaszenia wynosi 1,4 Uf, t.d. 0,8 napięcia znamionowego sieci: Uprzebicie = 1,4 Uf = 0,8 UNo. Dlatego takie ograniczniki są czasami nazywane 80%.
Iskierniki w zaworach
Iskierniki zaworowe muszą spełniać następujące wymagania: mieć stabilne napięcie przebicia z minimalnym rozrzutem, mieć płaską charakterystykę woltowo-sekundową, nie zmieniać swojego napięcia przebicia po wielokrotnych operacjach, gasić łuk prądu wtórnego przy pierwszym przejściu przez zero. Wymagania te spełniają iskierniki wielokrotne, które składają się z pojedynczych iskierników z małymi szczelinami powietrznymi. Pojedyncze świece są połączone szeregowo i dla każdej z nich przy najwyższym dopuszczalnym napięciu jest około 2 kV.
Podział łuku na krótkie łuki na pojedyncze iskierniki zwiększa właściwości gaszenia łuku przez ogranicznik zaworów, co tłumaczy się intensywnym chłodzeniem łuku i dużym spadkiem napięcia na każdej elektrodzie (efekt spadku napięcia katody).
Napięcie przebicia iskierników w wyładowarce zaworowej poddanej działaniu przepięcia atmosferycznego jest określone przez jego woltowosekundową charakterystykę, czyli zależność czasu wyładowania od amplitudy impulsu przepięciowego. Czas wyładowania to czas od początku impulsu udarowego do przebicia iskiernika ogranicznika.
Aby zapewnić skuteczną ochronę izolacji, jego charakterystyka woltowo-sekundowa musi być wyższa niż charakterystyka woltowo-sekundowa ogranicznika. Przesunięcie charakterystyki woltowo-sekundowej jest konieczne dla zachowania niezawodności zabezpieczenia w przypadku przypadkowego osłabienia izolacji podczas pracy, a także ze względu na występowanie obszarów propagacji napięć wyładowczych zarówno w samym ograniczniku, jak i w chroniona izolacja.
Charakterystyka woltowo-sekundowa protektora powinna mieć płaski kształt. Jeśli jest stromo, jak pokazano na ryc. 3 linią przerywaną doprowadzi to do tego, że ogranicznik straci swoją uniwersalność, ponieważ każdy rodzaj sprzętu o indywidualnej charakterystyce woltowo-sekundowej będzie wymagał własnego specjalnego ogranicznika.
Ryż. 3. Charakterystyki woltowo-sekundowe ograniczników zaworów i zabezpieczanej przez nie izolacji.
Nieliniowy rezystor. Nałożone są na nią dwa przeciwstawne wymagania: w momencie, gdy przepływa przez nią prąd piorunowy, jej rezystancja musi się zmniejszyć; gdy przepływa przez nią towarzyszący prąd o częstotliwości, musi wręcz przeciwnie wzrosnąć.Te wymagania spełnia rezystancja karborundu, która zmienia się w zależności od przyłożonego do niego napięcia: im wyższe przyłożone napięcie, tym mniejszy jego opór i odwrotnie, im mniejsze przyłożone napięcie, tym większy jest jego opór.
Ponadto szeregowo połączona rezystancja węglika, jako rezystancja czynna, zmniejsza przesunięcie fazowe między towarzyszącym prądem a napięciem, a przy ich równoczesnym przejściu przez wartość zerową ułatwione jest gaszenie łuku.
Wraz ze wzrostem napięcia maleje wartość rezystancji warstw barierowych, co zapewnia przepływ dużych prądów przy stosunkowo małych spadkach napięcia.
Schowek HTML Zależność napięcia na iskierniku od wartości przepływającego przez niego prądu (charakterystyka prądowo-napięciowa) jest w przybliżeniu wyrażona równaniem:
U = CAα,
gdzie U jest napięciem na rezystancji nieliniowego rezystora zabezpieczającego zaworu, I — prąd płynący przez nieliniowy rezystor, C jest stałą liczbowo równą rezystancji przy prądzie 1 A, α Współczynnik wentylacji wynosi .
Im mniejszy współczynnik α, tym mniej zmienia się napięcie nieliniowego rezystora, gdy zmienia się przepływający przez niego prąd, i tym mniejsze jest pozostałe napięcie zaworu.
Wartości napięcia szczątkowego podane w certyfikacie ogranicznika zaworu podane są dla znormalizowanych prądów udarowych. Wartości tych prądów mieszczą się w przedziale 3000-10 000 A.
Każdy impuls prądu pozostawia ślad zniszczenia w rezystorze szeregowym — następuje przerwanie warstwy barierowej poszczególnych ziaren karborundu.Powtarzające się przepływy impulsów prądowych prowadzą do całkowitego uszkodzenia rezystora i zniszczenia ogranicznika. Całkowite uszkodzenie rezystora następuje im wcześniej, im większa jest amplituda i długość impulsu prądowego. Dlatego przepustowość ogranicznika zaworu jest ograniczona. Przy ocenie przepustowości ograniczników zaworów brana jest pod uwagę przepustowość zarówno rezystorów szeregowych, jak i iskierników.
Rezystory muszą wytrzymać bez uszkodzenia 20 impulsów prądowych o czasie trwania 20/40 µs o amplitudzie zależnej od typu ogranicznika. Na przykład dla ograniczników typu RVP i RVO o napięciu 3 — 35 kV amplituda prądu wynosi 5000 A, dla typu RVS o napięciu 16 — 220 kV — 10 000 A, a RVM i RVMG o napięciu od 3 — 500 kV — 10 000 A.
Aby zwiększyć właściwości ochronne iskiernika zaworowego, konieczne jest zmniejszenie napięcia szczątkowego, co można osiągnąć poprzez zmniejszenie współczynnika zaworowego α szeregowego rezystora nieliniowego, przy jednoczesnym zwiększeniu właściwości gaszenia łuku iskierników.
Zwiększenie właściwości gaszenia łuku przez iskierniki umożliwia zwiększenie przerywanego przez nie prądu bocznikowego, a tym samym umożliwia zmniejszenie rezystancji rezystora szeregowego. Obecnie w tym kierunku prowadzone jest doskonalenie techniczne zaworów.
należy zauważyć, że w obwodzie ogranicznika zaworu duże znaczenie ma urządzenie uziemiające. W przypadku braku uziemienia ogranicznik nie może działać.
Uziemienie ogranicznika zaworu i chronionego przez niego sprzętu są połączone.W przypadkach, gdy ogranicznik zaworu jest z jakiegoś powodu oddzielony od chronionego sprzętu grunt, jego wartość jest znormalizowana w zależności od poziomu izolacji sprzętu.
Montaż ograniczników
Po dokładnym sprawdzeniu ograniczniki są instalowane na konstrukcjach wsporczych, sprawdzane pod względem wypoziomowania i pionu z wyściółką, jeśli to konieczne, pod podstawą profili blaszanych i mocowane do wsporników za pomocą zacisku śrubowego.