Цинковый оксидный разрядник

Цинковый оксидный разрядникявляетсямолниеотводОбладает хорошими защитными свойствами.

ОнЦинковый разрядникЭто самый передовой в мире защитный прибор от перенапряжения. Это достигается благодаря использованию оксида цинка.арестоВ качестве основного резисторного диска это позволяет улучшить вольт-амперные характеристики резисторного диска и увеличить пропускную способность по току в условиях перенапряжения, что является существенным улучшением по сравнению с обычным карбидом кремния.арестовПри нормальном рабочем напряжении ток через разрядник составляет всего один микроампер. КогдаарестоВ условиях среднего напряжения превосходные нелинейные характеристики позволят увеличить ток через разрядник в несколько тысяч раз.арестоНаходится в проводящем состоянии и отдает энергию перенапряжения в землю, тем самым защищая оборудование передачи электроэнергии от воздействия перенапряжения.

Цинковый оксидный разрядникЭто новый тип разрядника, разработанный в 1970-х годах, который в основном состоит из варистора на основе оксида цинка. Каждый варистор имеет определенное напряжение переключения (называемое напряжением варистора) с момента его изготовления. При нормальном рабочем напряжении (то есть, меньшем, чем напряжение варистора) значение варистора очень велико, что эквивалентно состоянию изоляции. Но при ударном напряжении (большем, чем напряжение варистора) варистор пробивается при низком значении, что эквивалентно состоянию короткого замыкания. Однако после удара молнии варистор может восстановить состояние изоляции; когда напряжение выше варистора снимается, он возвращается в состояние высокого сопротивления. Поэтому, если разрядник на основе оксида цинка установлен на линии электропередачи, при ударе молнии высокое напряжение молнии вызывает пробой варистора, и ток молнии протекает через варистор в землю. Напряжение в электросети можно контролировать в безопасном диапазоне, что обеспечивает безопасность электрооборудования.

Семь характеристик разрядника на основе оксида цинка:

Пропускная способность

Это в основном проявляется в способности грозозащитного устройства поглощать все виды перенапряжений от молнии, переходных перенапряжений промышленной частоты и рабочих перенапряжений.

Защитные свойства

Цинково-оксидный разрядник используется для защиты всех видов электрооборудования в энергосистеме от повреждений, вызванных перенапряжением, и обладает хорошими защитными свойствами. Благодаря превосходным нелинейным вольтамперометрическим характеристикам пластины из оксида цинка, через неё проходит ток всего в несколько сотен микроампер при нормальном рабочем напряжении, что позволяет легко создать конструкцию без зазора, благодаря чему разрядник обладает хорошими защитными свойствами, малым весом и компактными размерами. При возникновении перенапряжения ток, протекающий через пластину разрядника, быстро возрастает, ограничивая амплитуду перенапряжения и высвобождая его энергию. После этого пластина разрядника из оксида цинка восстанавливает состояние высокого сопротивления, обеспечивая нормальную работу энергосистемы.

Герметичность

Компоненты молниеотвода обладают хорошими характеристиками старения, высокой воздухонепроницаемостью благодаря высококачественному композитному покрытию, контролю сжатия уплотнительного кольца и нанесению герметика, а также использованию керамического покрытия в качестве уплотнительного материала, что обеспечивает надежную герметизацию и стабильную работу молниеотвода.

Механические свойства

В основном учитываются следующие три фактора: сейсмическая нагрузка, которую необходимо выдержать;

Максимальное ветровое давление на разрядник;

Верхняя часть разрядника воспринимает максимально допустимое натяжение провода.

Дезинфекционное помещение

Бесщелевой разрядник из оксида цинка обладает высокой устойчивостью к загрязнениям.

Удельное расстояние утечки, установленное национальным стандартом, составляет: зона средней степени загрязнения класса II: удельное расстояние утечки 20 мм/кВ;

Зона сильного загрязнения III класса: удельное расстояние утечки 25 мм/кВ;

Зона с чрезвычайно сильным загрязнением IV класса: удельное расстояние утечки 31 мм/кВ.

Высокая эксплуатационная надежность

Надежность длительной эксплуатации зависит от качества продукции и ее рационального выбора. На качество продукции влияют, главным образом, следующие три аспекта: рациональность общей конструкции молниеотвода; вольтамметрические характеристики и стойкость к старению цинкооксидного клапана; герметичность молниеотвода.

допуск по частоте сети

Из-за таких факторов в энергосистеме, как однофазное заземление, эффект емкости длинных линий, сброс нагрузки и другие причины, которые могут привести к повышению напряжения промышленной частоты или возникновению высокоамплитудных переходных перенапряжений, грозозащитный разрядник имеет определенное время для противостояния определенному повышению напряжения промышленной частоты.

Функция

Каждый тип разрядника имеет свои преимущества и характеристики, и для достижения хорошего изоляционного эффекта его необходимо использовать в различных условиях. При номинальном напряжении разрядник действует как изолятор и не оказывает никакого воздействия. В случае аварии или высокого напряжения молниеотвод сработает и отведёт ток в землю, эффективно защищая электрооборудование.

Классификация

В зависимости от уровня напряжения

Цинково-оксидные разрядники классифицируются по номинальному напряжению и делятся на три категории:

Категория высокого напряжения: это серия цинк-оксидных разрядников напряжением выше 66 кВ, которую можно условно разделить на семь классов: 1000 кВ, 750 кВ, 500 кВ, 330 кВ, 220 кВ, 110 кВ и 66 кВ.

Категория среднего напряжения: это серия разрядников на основе оксида цинка для диапазона напряжений от 3 кВ до 66 кВ (за исключением серии 66 кВ), которую можно условно разделить на четыре уровня напряжения: 3 кВ, 6 кВ, 10 кВ и 35 кВ.

Категория низкого напряжения: это относится к разрядникам на основе оксида цинка, предназначенным для напряжений ниже 3 кВ (за исключением изделий серии 3 кВ), которые можно условно разделить на четыре уровня напряжения: 1 кВ, 0,5 кВ, 0,38 кВ и 0,22 кВ.

В соответствии с номинальным током разряда

В зависимости от номинального разрядного тока цинк-оксидные разрядники можно разделить на пять классов: 20, 10, 5, 2,5, 1,5 кА.

В соответствии сиспользовать

Цинково-оксидные разрядники можно разделить на семь типов в зависимости от их применения: тип для системных цепей, тип для системных электростанций, тип для систем распределения, тип для защиты шунтирующих компенсационных конденсаторных батарей, тип для электрифицированных железных дорог, тип для двигателей и нейтральных точек двигателей, тип для нейтральных точек трансформаторов.

Согласно структуре

В зависимости от своей структуры цинковые разрядники можно разделить на две категории.

Цинково-оксидные разрядники можно разделить на четыре класса в зависимости от устойчивости к загрязнению. Класс ⅰ — распространенный тип, класс ⅱ используется в зонах со средним уровнем загрязнения (удельное расстояние утечки 20 мм/кВ), класс ⅲ — в зонах с сильным загрязнением (удельное расстояние утечки 25 мм/кВ), а класс ⅳ — в зонах с чрезвычайно сильным загрязнением (удельное расстояние утечки 31 мм/кВ).

Композитное покрытие: цинкоксидный разрядник с композитным покрытием изготовлен из композитного силиконового каучука в качестве покрытия, а также из высокоэффективного резистивного листа из оксида цинка. Внутренняя конструкция имеет особую структуру, а сборка выполнена с использованием передовых технологий. Это сочетание преимуществ силиконового каучука и резистивного листа из оксида цинка. В дополнение ко всем преимуществам фарфорового цинкоксидного разрядника, данная серия изделий обладает хорошими изоляционными свойствами, высокой устойчивостью к загрязнениям, взрывозащитой, а также малыми размерами, малым весом, не требует технического обслуживания, не подвержен повреждениям, обеспечивает надежную герметизацию, обладает отличной устойчивостью к старению и другими преимуществами.

В соответствии с эксплуатационными характеристиками конструкции

Оксидно-цинковый разрядник можно разделить на три типа в зависимости от конструкции и характеристик: без зазора (W), с последовательным зазором (C), с параллельным зазором (B).

1. В прошлом при выборе и анализе недостатков грозозащитных устройств учитывались только уровни рабочего перенапряжения и перенапряжения, вызванного молнией.

Национальный стандарт устанавливает, что напряжение на клемме питания системы должно быть немного выше, чем K, умноженное на номинальное напряжение (или расчетное напряжение) Un системы, то есть K = Um/Un (Um — максимальное напряжение системы). Изоляция электрооборудования должна быть способна длительное время работать при Un. Значение K для систем 220 кВ и ниже составляет 1,15, а для систем 330 кВ и выше — K = 1,1. Вышеупомянутые принципы соблюдаются также на начальном этапе проектирования разрядника.

2. Выбор и необходимость грозозащитного разрядника для обеспечения работы при однофазном заземляющем перенапряжении и безопасности энергосистемы.

С точки зрения безопасной эксплуатации, выбор номинального напряжения разрядника также должен соответствовать следующим принципам:

(1) Номинальное напряжение цинк-оксидного разрядника должно быть выше переходного напряжения промышленной частоты, которое может возникнуть при его установке. В системе заземления нейтрали 110 кВ и выше его можно выбрать в соответствии с вышеуказанным методом.

(2) В системах косвенного заземления нейтрали 110 кВ и ниже правила электроэнергетического ведомства разрешают работу однофазного заземления в течение 2 часов, а иногда даже при возникновении перенапряжения, вызванного прерывистым дуговым замыканием на землю, в течение более 2 часов выявляется неисправность. Такие характеристики работы системы молниеотвода на основе оксида цинка представляют серьезную угрозу для безопасной работы при номинальном напряжении в течение 10 секунд. Кроме того, конструкция и структура молниеотводов на основе оксида цинка и карбида кремния различаются (последний имеет зазор для гашения дуги, первый не имеет зазора или имеет только разделительный зазор), поэтому на практике происходит тепловой коллапс молниеотводов на основе оксида цинка и даже серьезные взрывные аварии. В связи с этим многие управления электроснабжения и проектные институты электроэнергетики предлагают различные значения номинального напряжения (например, 14,4 кВ, 14,7 кВ и т. д.) в соответствии с условиями местной электросети. В нескольких национальных стандартах, посвященных испытаниям под нагрузкой, допустимое номинальное напряжение в течение 10 секунд увеличено в 1,2–1,3 раза. таким образом повышается адаптивность разрядника из оксида цинка к системе с непрямым заземлением нейтральной точки.

Поскольку номинальное напряжение цинк-оксидного разрядника слишком низкое, он будет работать при однофазном перенапряжении заземления или даже при множестве переходных перенапряжений. Департамент по надзору за безопасностью и координации производства Министерства электроэнергетики предложил пересмотреть конструкцию разрядника еще в 17-м бюллетене по безопасности от 30 октября 1993 года.

В переходный период между объявлением и пересмотром нового стандарта предлагаются следующие правила проектирования для выбора номинального напряжения и напряжения непрерывной работы цинк-оксидного разрядника в системе без заземления нейтрали: номинальное напряжение в 1,2-1,3 раза превышает расчетное напряжение гашения дуги эталонного кремний-карбидного разрядника, а напряжение непрерывной работы — максимальное линейное напряжение, используемое в системе.

Поскольку единого стандарта для вышеуказанных основных данных не существует, возникнут расхождения между производителем грозозащитного устройства и пользователем в проектировании и изготовлении.

3. Внедрить новый стандарт издания 2000 года, обеспечивающий безопасный и рациональный выбор молниеотводов в реальных условиях.

В новом китайском стандарте GB11032-2000 2000 года признан принцип выбора номинального напряжения, превышающего номинальное в 1,2-1,3 раза, однако в отношении выбора напряжения непрерывной работы появилось новое положение: исходя из значения 1,5U/1mA, используемого в качестве эталонного, выбирается (проектируется) напряжение непрерывной работы разрядника. Учитывая уровень проектирования и производства отечественных разрядников, обычно это значение составляет 80%, поэтому напряжение непрерывной работы выбирается равным 0,8 от номинального напряжения. Это подтверждается небольшим токовым участком вольтамперометрической кривой.

Поэтому на практике при проведении расчетов моделирования в соответствии с конкретными условиями или при выборе разрядника на основе опыта и практики следует учитывать уровень перенапряжения в течение 1 часа однофазного заземления. Однако во многих технических соглашениях пользователей и даже в чертежах проектных институтов энергоснабжения встречаются номинальные значения напряжения, незначительно отличающиеся от указанных выше, что, на мой взгляд, излишне (например, 16,5 кВ и 16,7 кВ в 10 кВ и т. д.). Причина в том, что в процессе фактического проектирования молниеотвода номинальное значение напряжения на вольт-амперной кривой находится в области малых токов, которые меньше значения U1mAAC, и стремление к выявлению незначительных различий не может быть реализовано в реальном проектировании молниеотвода; кроме того, из дальнейшего обсуждения следует, что в соответствии с требованиями нового национального стандарта следует выбирать безопасный вариант использования при допустимом перенапряжении (это относится к незаземленной системе).

4. Научный подбор незаземленного цинк-оксидного разрядника в соответствии с новым стандартом издания 2000 года.

(1) Номинальное напряжение должно быть выбрано и рассчитано в соответствии с максимально допустимым эффективным значением напряжения промышленной частоты, подаваемого на клеммы разрядника, чтобы он мог корректно работать при переходном перенапряжении, определенном в ходе испытаний под заданной нагрузкой. Напряжение непрерывной работы должно быть выбрано таким образом, чтобы обеспечить постоянное среднеквадратичное значение между клеммами разрядника. При этом напряжение разряда промышленной частоты должно быть достаточно высоким, чтобы избежать работы изоляции защищаемого оборудования при рабочем перенапряжении без защиты и продлить срок службы, а также необходимо учитывать фактический уровень скорости заряда и остаточного напряжения цинк-оксидного разрядника, произведенного в Китае.

(2) В случаях, когда напряжение промышленной частоты повышается сильнее или напряжение испытания изоляции оборудования выше, следует выбирать более высокое номинальное напряжение цинк-оксидного разрядника. Выбор опорного напряжения промышленной частоты должен быть равен или превышать номинальное напряжение. Эти два пункта в новых требованиях национального стандарта лучше удовлетворяются, и следующие расчеты также позволяют удовлетворить требованиям по перенапряжению. В соответствии с требованиями национального стандарта, необходимо обеспечить работу однофазного заземления в течение 2 часов без срабатывания. В наиболее серьезном случае, когда однофазное заземление и сброс нагрузки происходят одновременно, максимальное возможное перенапряжение, рассчитанное теоретически, составляет 1,99 раза, а допустимое напряжение непрерывной работы UC (эффективное значение) цинк-оксидного разрядника выбирается следующим образом:

Номинальное напряжение (Ur≈1,25 UC) было выбрано в соответствии с национальным стандартом скорости зарядки 0,8, что полностью соответствует требованиям. Если используется дуговое заземление и резонансное перенапряжение с высокой вероятностью выхода, номинальное напряжение должно соответствовать: нажмите еще раз?=0,8. Выберите напряжение непрерывного рабочего режима, которое также соответствует требованиям.

В заключение, основная сложность выбора разрядника заключается в определении диапазона кратковременных перенапряжений. Необходимо обеспечить безопасную и точную работу при высоких рабочих перенапряжениях и атмосферных перенапряжениях, а также гарантировать, что вентильная пластина не будет работать при кратковременных перенапряжениях.

В настоящее время при выборе типа и проектировании разрядника необходимо обеспечить, чтобы самый высоковольтный цинк-оксидный разрядник системы не срабатывал при однофазном заземлении в течение 2 часов, иначе цинк-оксидный разрядник может выйти из строя из-за перегрева или даже взрыва.

Следовательно, в соответствии с новыми требованиями целесообразно выбрать незаземленную систему.

Однако в устройстве с заземленным конденсатором и катушкой подавления дуги перенапряжение на заземлении будет значительно ниже, поэтому можно выбрать низкое напряжение, исходя из практических расчетов номинального напряжения и непрерывного рабочего напряжения, чтобы разрядник из оксида цинка срабатывал при более низком рабочем перенапряжении, обеспечивая защиту конденсатора. Но если это неудобно, можно также выбрать устройство без заземления.

Поскольку изоляция между полюсом конденсатора и землей считается соответствующей требованиям однофазного заземления 2h.

При работе при напряжении ниже номинального разрядник не срабатывает и не вызовет повреждения конденсатора из-за перенапряжения.

В целом, это происходит потому, что пластины клапанов серии из оксида цинка, соединенные последовательно без зазоров, в резисторах молниеотводов из оксида цинка не выдерживают даже перенапряжения, превышающего 1,99 раза, что вызывает дуговой разряд SiC. Выбор опорного напряжения для молниеотвода из оксида цинка не соответствует требованиям, и его номинальная мощность неизбежно возрастает для обеспечения безопасности молниеотвода. Например, отсутствуют фактические данные моделирования.

Рекомендуемое значение, воплощенное в духе национального стандарта, является более подходящим, поскольку оно соответствует предельным требованиям.