Rohrstopfen – Gerät, Merkmale, Anwendung, Vor- und Nachteile
Der Einsatz von Blitzableitern schließt Blitzschäden an elektrischen Anlagen, insbesondere an Stromleitungen, nicht vollständig aus, da die Wahrscheinlichkeit eines Blitzeinschlags bei Freileitungen relativ hoch sein kann und diese zudem häufig ohne jeglichen Schutz der Leiter ausgeführt werden . Überspannungen, die bei Blitzeinschlägen auf den Leitungen auftreten, gelangen in Umspannwerke (daher auch Überspannung genannt) und können eine Gefahr für die Isolierung der dort installierten Geräte darstellen.
Um Schäden an isolierenden Strukturen zu vermeiden, schließen Sie einen Voltsekunden-Funken ein (dessen Kennlinie unter der Voltsekunden-Kennlinie der geschützten Isolierung liegen muss).Wenn diese Bedingung erfüllt ist, führt der Abfall der Überspannungswelle in jedem Fall zum Durchschlag der Funkenstrecke, gefolgt von einem starken Abfall („Unterbrechung“) der Spannung an der Funkenstrecke und der geschützten Isolierung. Es fließt ein Impulsstrom durch Die Funkenstrecke beginnt aufgrund der Spannung der Industriefrequenz der elektrischen Anlage – dem begleitenden Strom – zu fließen.
Bei Installationen mit geerdetem Neutralleiter oder bei Ausfall einer zwei- oder dreiphasigen Funkenstrecke kann es sein, dass der nachfolgende Lichtbogen nicht selbst erlischt und der Impulsfehler in diesem Fall zu einem stabilen Kurzschluss wird, der zu einer Unterbrechung der Funkenstrecke führt Installation. Um eine solche Abschaltung der Anlage zu vermeiden, ist es daher erforderlich, den nächsten Lichtbogen über die Funkenstrecke zu löschen.
Geräte, die nicht nur einen Isolationsschutz gegen Überspannung bieten, sondern auch den nächsten Lichtbogen in kürzerer Zeit als die Dauer des Relaisschutzes löschen, werden als Schutzableiter bezeichnet, im Gegensatz zu herkömmlichen Kerzen, die üblicherweise als Schutzstrecken (PZ) bezeichnet werden.
Rohrstopper zusammen mit Ventil sind die wichtigsten Arten von Retainern. Sie unterscheiden sich im Prinzip der nachträglichen Lichtbogenlöschung. Bei Röhrenableitern erfolgt die Löschung des Lichtbogens durch die Erzeugung eines starken Längsstoßes, bei Ventilableitern erfolgt die Löschung des Lichtbogens durch Reduzierung des Folgestroms mittels eines zusätzlichen Widerstands, der in Reihe zur Funkenstrecke geschaltet ist.
Eine Röhrenfunkenstrecke (Abb. 1, a) ist ein Rohr 2 aus isolierendem gaserzeugendem Material, in dessen Inneren sich eine ungeregelte Lichtbogenlöschstrecke S1 befindet, die aus einer Stabelektrode 3 und einem Flansch 4 gebildet wird.Der Funke wird durch eine externe Funkenstrecke von der Betriebsspannung getrennt, da das Rohr 2 aufgrund der Zersetzung des gaserzeugenden Materials unter dem Einfluss von Leckagen nicht für eine dauerhafte Unterspannung vorgesehen ist. Der zweite Flansch 1 des Begrenzers ist geerdet.
Reis. 1. Röhrenableiter: a – Gerät und Schaltkreis, b – konventionelle Schreibweise der Diagramme, c – Spannung im Ableiter, d – Ersatzschaltbild.
Bei einer Überspannung im Netz (Abb. 1, c) brechen beide Funkenstrecken und die Überspannungswelle (Kurve 1) wird unterbrochen. Auf dem durch die Impulsentladung erzeugten Weg beginnt ein Begleitstrom zu fließen, und die Funkenentladung geht in eine Bogenentladung über. Unter der Einwirkung der hohen Temperatur des Lichtbogenkanals des Begleitstroms zersetzt sich das Material der Röhre unter Freisetzung Bei einer großen Menge Gas steigt der Druck darin stark an (bis zu mehreren zehn Atmosphären) und die Gase werden durch die Flanschöffnung 4 herausgedrückt, wodurch ein intensiver Längsstoß entsteht. Dadurch erlischt der Lichtbogen bereits beim ersten Nulldurchgang des Stroms.
Beim Auslösen der Funkenstrecke emittiert diese glühende ionisierte Gase in Form einer Fackel 5 mit einer Länge von 1,5 - 3,5 m und einer Breite von 1 - 2,5 m (abhängig von der Nennspannung der Funkenstrecke) und es ist ein Geräusch zu hören, das einem Schuss ähnelt I habe gehört. Um Phase-zu-Phase-Ausfälle zu verhindern, muss daher bei der Installation von Ableitern sichergestellt werden, dass die stromführenden Teile benachbarter Phasen nicht in die Entladungszone fallen.Die Auslösespannung der Ableiter lässt sich durch Veränderung des Abstandes der äußeren Funkenstrecke einstellen, sie kann jedoch nicht unter einen bestimmten Mindestwert abgesenkt werden, da die Ableiter dadurch zu häufig auslösen und der Verschleiß steigt.
Da das elektrische Feld der stabförmigen Elektroden der Röhrenfunkenstrecke sehr inhomogen ist, hat seine Voltsekunden-Kennlinie im Bereich bis 6–8 μs einen abnehmenden Charakter, was nicht mit der flachen Voltsekunden-Kennlinie von übereinstimmt Transformatoren und elektrische Maschinen. Für eine erfolgreiche Lichtbogenlöschung ist eine bestimmte Intensität der Gasbildung erforderlich, daher gibt es eine Untergrenze der abzuschneidenden Ströme, bei der der Entlader den Lichtbogen noch innerhalb von 1–2 Halbzyklen löschen kann.
Auch die Obergrenze der Unterbrechungsströme ist begrenzt, da eine zu starke Gasbildung zur Zerstörung des Ableiters (Rohrbruch oder Zerstörung der Flansche) führen kann.
Der Bereich der Unterbrechungsströme ist in der Typenbezeichnung des Ableiters angegeben, zum Beispiel bedeutet RTV 35 / (0,5 – 2,5) einen Rohrableiter aus 0,5 – 2,5 Vinylkunststoff für 35 kV mit einem Unterbrechungsstrombereich von 0,5 – 2,5 kA.
Mit abnehmender Länge der Lichtbogenlöschstrecke und zunehmendem Durchmesser verschieben sich beide Grenzen der Entladungsströme zu größeren Werten.
Da der Betrieb des Ableiters mit dem Verbrennen eines Teils des Materials des Lichtbogenlöschrohrs einhergeht, wird der Ableiter nach 8 bis 10 Vorgängen, wenn der Durchmesser um 20 bis 25 % im Vergleich zum ursprünglichen Durchmesser zunimmt, unbrauchbar (da). (Grenzwerte der dadurch unterbrochenen Ströme ändern sich) und müssen ersetzt werden.
Um die Anzahl der Betätigungen zu berücksichtigen, sind die Rohrbegrenzer mit einer Aktivierungsanzeige in Form eines Metallstreifens 6 (siehe Abb. 1, a) ausgestattet, der durch die vom Begrenzer ausgestoßenen Gase nicht entfaltet wird. Derzeit produziert die Industrie Rohrhalterungen vom Typ RTF, bei denen das Gas aus dem Faserrohr erzeugt wird, und vom Typ RTV mit Vinyl-Kunststoffrohr.
Aufgrund der geringen mechanischen Festigkeit der Faser ist sie in einem dicken Schlauch aus Bakelized-Papier eingeschlossen, der zur Reduzierung seiner Hygroskopizität mit einem feuchtigkeitsbeständigen Lack (meist Perchlorvinyl-Emaille) überzogen ist, der atmosphärischen Einflüssen standhält Sommer- und Winterperioden gut. Ein charakteristisches Merkmal der RTF-Ableiter ist das Vorhandensein einer Kammer am geschlossenen Ende des Rohrs, die die Längsausblasung beim Stromdurchgang durch den Nullwert verstärkt und so zur Lichtbogenlöschung beiträgt.
Bei RTV-Restriktoren wird das Gas durch ein Vinyl-Kunststoffrohr erzeugt, das eine höhere Gaserzeugungsfähigkeit und isolierende Eigenschaften aufweist, die auch bei Arbeiten im Freien bei jedem Wetter gut erhalten bleiben. RTV-Ableiter haben ein einfacheres Design (keine Innenkammer, keine Lackierung erforderlich) und höhere Obergrenzen für Abschaltströme (15 kA statt 7–10 kA bei RTF-Ableitern).
Reis. 2. Rohrstopper RTV-20-2/10
Für den Betrieb in Netzen mit sehr großen intermittierenden Strömen (bis zu 30 kA) werden verstärkte Begrenzer vom Typ RTVU hergestellt, deren erhöhte mechanische Festigkeit durch Umwickeln eines Vinyl-Kunststoffrohrs mit witterungsbeständig imprägnierten Glasbandschichten erreicht wird Epoxidverbindung.
Die Impulstragfähigkeit von Röhrenableitern, die praktisch den gesamten Blitzstrom beim Auftreffen auf die Leitung durchlassen, ist recht hoch und beträgt 30–70 kA.
Die Auswahl der Rohrableiter erfolgt nach der Nennspannung des Netzes und den Grenzen der Kurzschlussströme des Netzes am Ort ihrer Installation. Der maximale Kurzschlussstrom wird berechnet, wenn alle Netzelemente (Leitungen, Transformatoren, Generatoren) eingeschaltet sind, unter Berücksichtigung der aperiodischen Komponente des Kurzschlussstroms, des Mindeststroms – bei einem Netzkreis mit teilweise getrennten Elementen (z (z. B. bei Überholung) und ohne den aperiodischen Anteil berücksichtigt. Die gefundenen Kurzschlussstromgrenzen. muss innerhalb der Unterbrechungsstromgrenzen des Rohrableiters liegen.
Röhrenableiter werden für Spannungen von 3 bis 220 kV hergestellt, die Abschaltströme reichen von 0,2 – 7 und 1,5 – 30 kA bei einer Spannung von 3 – 35 kV bis zu 0,4 – 7 und 2,2 – 30 kA bei einer Spannung von 110 kV. Der 220-kV-Ableiter besteht aus zwei 110-kV-Röhrenableitern, die durch einen Stahlkorb mit Ableitungsrohren verbunden sind.
Die Hauptnachteile von Röhrenableitern sind das Vorhandensein einer Entladungszone, ein steiler Abbruch der Stoßwelle, ein Kurzschluss (wenn auch nur von kurzer Dauer) von den Leitungen zur Erde und eine besonders steile Volt-Sekunden-Kennlinie, die dies ausschließt der weit verbreiteten Verwendung von Rohrableitern als Schutzvorrichtung für die Ausrüstung von Umspannwerken. Der Nachteil von Rohrbegrenzern ist das Vorhandensein begrenzender unterbrochener Ströme, was ihre Herstellung und ihren Betrieb erschwert.
Aufgrund ihrer Einfachheit und geringen Kosten werden Rohrableiter häufig als Hilfsmittel zum Schutz von Umspannwerken, zum Schutz von Umspannwerken mit geringer Leistung und geringer Kritikalität sowie einzelner Leitungsabschnitte eingesetzt.
Derzeit werden Röhren- und Ventilbegrenzer nach und nach durch nichtlineare Spannungsbegrenzer (Begrenzer) ersetzt... Es handelt sich um in Reihe geschaltete Metalloxid-Varistoren (nichtlineare Widerstände) ohne Funken, eingeschlossen in einem Porzellan- oder Polymergehäuse.