Sicherheitsventile: Funktionsprinzip und Eigenschaften
Gerät und Funktionsprinzip von Ventilen
Die Hauptelemente des Ventilbegrenzers sind eine Funkenstrecke und ein nichtlinearer Widerstand, die parallel zur geschützten Isolierung in Reihe zwischen dem stromführenden Kabel und der Erde geschaltet sind.
Wenn ein Blitzstoßimpuls auf den Ableiter wirkt, wird dessen Funkenstrecke unterbrochen und es fließt Strom durch den Ableiter. Damit wird der Halter in Betrieb genommen. Die Spannung, bei der die Funkenstrecke bricht, wird als Durchbruchspannung des Ableiters bezeichnet.
Nach dem Durchschlag der Funkenstrecke sinkt die Spannung in der Funkenstrecke und damit an der von ihr geschützten Isolierung auf einen Wert, der dem Produkt des Stoßstroms Azi entspricht Widerstand Widerstand in Reihe R und. Diese Spannung wird Restspannung Ubasn genannt. Sein Wert bleibt nicht konstant, sondern ändert sich mit der Änderung der Größe des Impulsstroms beim Durchgang durch die Funkenstrecke.Während der gesamten Betriebszeit des Ableiters darf die Restspannung jedoch nicht auf einen für die geschützte Isolierung gefährlichen Wert ansteigen.
Reis. 1. Elektrischer Schaltplan Ventile einschalten. IP – Funke, Rn – nichtlinearer Widerstandswiderstand, U – Blitzüberspannungsimpuls und – Isolierung des geschützten Objekts.
Nachdem der Impulsstrom aufgehört hat, durch den Ableiter zu fließen, fließt der Strom aufgrund der Frequenzspannung weiter. Dieser Strom wird Begleitstrom genannt. Die Funkenstrecken des Ableiters müssen eine sichere Löschung des nächsten Lichtbogens beim ersten Nulldurchgang gewährleisten.
Reis. 2. Die Form des Spannungsimpulses vor und nach der Betätigung des Ventils. Tp ist die Reaktionszeit der Funkenstrecke (Entladezeit), Azi ist der Impulsstrom des Entladers.
Versorgungsspannung des Ventils
Die Zuverlässigkeit des Löschens des Lichtbogens aus der Funkenstrecke hängt vom Wert der Spannung und der Frequenz der Versorgung des Ableiters zum Zeitpunkt des Löschens des Folgestroms ab. Der maximale Wert der Spannung, bei dem die Funkenstrecken der Begrenzer den Begleitstrom sicher unterbrechen, wird als maximal zulässige Spannung oder Dämpfungsspannung Ugash bezeichnet.
Die Höhe der Kühlspannung des Ventilbegrenzers wird durch die Betriebsart der elektrischen Anlage bestimmt, in der er arbeitet. Da es bei Gewittern zum gleichzeitigen Kurzschluss einer Phase gegen Erde und zum Auslösen von Ventilbegrenzern auf anderen unbeschädigten Phasen kommen kann, steigt in diesem Fall die Spannung in diesen Phasen an. Die Löschspannung der Ventile wird unter Berücksichtigung solcher Spannungserhöhungen gewählt.
Für Begrenzer, die in Netzen mit isoliertem Neutralleiter betrieben werden, wird die Löschspannung mit Uburning = 1,1 x 1,73 x Uf = 1,1 Un angenommen, wobei Uf die Spannung der Arbeitsphase ist.
Dies berücksichtigt die Möglichkeit, dass sich die Spannung der unbeschädigten Phasen bei Kurzschluss einer Phase gegen Erde auf linear und durch die Spannungsregelung des Benutzers um weitere 10 % erhöht. Daher beträgt die höchste Betriebsspannung des Ableiters 110 % der Nennspannung des Unom-Netzes.
Für Ableiter, die in Netzen mit fest geerdetem Neutralleiter betrieben werden, beträgt die Löschspannung 1,4 Uf, t.d. 0,8 der Nennnetzspannung: UDurchbruch = 1,4 Uf = 0,8 UNo. Daher werden solche Ableiter manchmal als 80 % bezeichnet.
Funkenstrecken in den Ventilen
Ventilfunkenstrecken müssen folgende Anforderungen erfüllen: eine stabile Durchbruchspannung mit minimaler Streuung haben, eine flache Volt-Sekunden-Kennlinie haben, ihre Durchbruchspannung nach wiederholten Betätigungen nicht ändern, den Lichtbogen des Nachstroms löschen, wenn dieser zum ersten Mal durch Null geht. Diese Anforderungen werden durch Mehrfachfunkenstrecken erfüllt, die aus Einzelfunkenstrecken mit kleinen Luftspalten zusammengesetzt sind. Einzelne Kerzen sind in Reihe geschaltet und für jede von ihnen beträgt die höchstzulässige Spannung etwa 2 kV.
Die Aufteilung des Lichtbogens in kurze Lichtbögen in einzelnen Funkenstrecken erhöht die Lichtbogenunterdrückungseigenschaften des Ventilableiters, was durch die starke Kühlung des Lichtbogens und den großen Spannungsabfall an jeder Elektrode (Kathodenspannungsabfalleffekt) erklärt wird.
Die Durchbruchspannung der Funkenstrecken in einem Ventilentlader bei atmosphärischer Überspannung wird durch dessen Voltsekunden-Kennlinie bestimmt, d.h. die Abhängigkeit der Entladezeit von der Amplitude des Überspannungsimpulses. Die Entladezeit ist die Zeit vom Beginn des Überspannungsimpulses bis zum Durchbruch der Funkenstrecke des Ableiters.
Für einen wirksamen Isolationsschutz muss seine Voltsekunden-Kennlinie höher liegen als die Voltsekunden-Kennlinie des Ableiters. Die Verschiebung der Volt-Sekunden-Kennlinie ist notwendig, um die Zuverlässigkeit des Schutzes im Falle einer unbeabsichtigten Schwächung der Isolierung während des Betriebs sowie aufgrund des Vorhandenseins von Ausbreitungsbereichen von Entladungsspannungen sowohl im Ableiter selbst als auch im Ableiter aufrechtzuerhalten geschützte Isolierung.
Die Volt-Sekunden-Kennlinie des Protektors sollte eine flache Form haben. Wenn es steil ist, wie in Abb. 3 mit einer gepunkteten Linie dargestellt, führt dies dazu, dass der Ableiter seine Universalität verliert, da jeder Gerätetyp mit individueller Volt-Sekunden-Kennlinie einen eigenen speziellen Begrenzer benötigt.
Reis. 3. Volt-Sekunden-Eigenschaften von Ventilbegrenzern und der durch sie geschützten Isolierung.
Ein nichtlinearer Widerstand. An ihn werden zwei gegensätzliche Anforderungen gestellt: In dem Moment, in dem der Blitzstrom ihn durchfließt, muss sein Widerstand abnehmen; wenn der begleitende Frequenzleistungsstrom durch ihn fließt, muss er im Gegenteil zunehmen.Diese Anforderungen werden durch den Widerstand von Karborund erfüllt, der sich abhängig von der angelegten Spannung ändert: Je höher die angelegte Spannung, desto geringer ist sein Widerstand und umgekehrt, je niedriger die angelegte Spannung, desto größer ist sein Widerstand.
Darüber hinaus verringert der in Reihe geschaltete Widerstand des Karburunds als aktiver Widerstand die Phasenverschiebung zwischen begleitendem Strom und Spannung und erleichtert bei gleichzeitigem Durchgang durch den Nullwert das Löschen des Lichtbogens.
Mit zunehmender Spannung nimmt der Widerstandswert der Barriereschichten ab, was den Durchgang großer Ströme bei relativ geringen Spannungsabfällen gewährleistet.
HTML-Zwischenablage Die Abhängigkeit der Spannung an der Funkenstrecke vom Wert des durch sie fließenden Stroms (Strom-Spannungs-Kennlinie) wird näherungsweise durch die Gleichung ausgedrückt:
U = CAα,
Dabei ist U die Spannung am Widerstand des Ventilschutzes mit nichtlinearem Widerstand, I der Strom, der durch den nichtlinearen Widerstand fließt, C eine Konstante, die numerisch dem Widerstand bei einem Strom von 1 A entspricht, und α der Belüftungsfaktor .
Je kleiner der Koeffizient α ist, desto weniger ändert sich die Spannung des nichtlinearen Widerstands, wenn sich der durch ihn fließende Strom ändert, und desto geringer ist die verbleibende Spannung des Ventils.
Die im Zertifikat des Ventilbegrenzers angegebenen Restspannungswerte beziehen sich auf die normierten Stoßströme. Die Werte dieser Ströme liegen im Bereich von 3.000-10.000 A.
Jeder Stromimpuls hinterlässt eine Spur der Zerstörung im Vorwiderstand – es kommt zum Zusammenbruch der Barriereschicht einzelner Karborundkörner.Wiederholter Durchgang von Stromimpulsen führt zum völligen Ausfall des Widerstands und zur Zerstörung des Ableiters. Der vollständige Ausfall des Widerstands tritt umso früher auf, je größer Amplitude und Länge des Stromimpulses sind. Daher ist die Durchflusskapazität der Ventildrossel begrenzt. Bei der Beurteilung des Durchsatzes von Ventildrosseln wird der Durchsatz sowohl der Vorwiderstände als auch der Funkenstrecken berücksichtigt.
Die Widerstände müssen 20 Stromimpulse mit einer Dauer von 20/40 µs und einer Amplitude je nach Art des Begrenzers schadlos überstehen. Beispielsweise beträgt die Stromamplitude für Ableiter vom Typ RVP und RVO mit einer Spannung von 3 bis 35 kV 5000 A, für den Typ RVS mit einer Spannung von 16 bis 220 kV 10.000 A und für RVM und RVMG mit einer Spannung von 3 – 500 kV – 10.000 A.
Um die Schutzeigenschaften der Ventilfunkenstrecke zu erhöhen, ist es notwendig, die Restspannung zu reduzieren, was durch eine Verringerung des Ventilkoeffizienten α des nichtlinearen Serienwiderstands bei gleichzeitiger Verbesserung der Lichtbogenunterdrückungseigenschaften der Funkenstrecken erreicht werden kann.
Die Erhöhung der Lichtbogenunterdrückungseigenschaften der Funkenstrecken ermöglicht eine Erhöhung des von ihnen unterbrochenen Nebenschlussstroms und damit eine Reduzierung des Widerstandswerts des Vorwiderstands. Derzeit erfolgt die technische Weiterentwicklung der Ventile in diesem Sinne.
Es ist zu beachten, dass im Ventilbegrenzerkreis die Erdungsvorrichtung von großer Bedeutung ist. Ohne Erdung kann der Ableiter nicht arbeiten.
Die Erdung des Ventilbegrenzers und der durch ihn geschützten Geräte wird kombiniert.In Fällen, in denen der Ventilbegrenzer aus irgendeinem Grund vom geschützten Gerät getrennt ist Erdung, sein Wert wird abhängig vom Isolationsgrad des Geräts normalisiert.
Einbau von Fesseln
Nach einer gründlichen Prüfung werden die Anschläge auf den Tragkonstruktionen montiert, auf Ebenheit und Lot geprüft, ggf. mit Polsterung unter dem Boden der Blechprofile versehen und mit einer Schraubzwinge an den Stützen befestigt.