Un eclator este un dispozitiv electric conceput pentru a limita supratensiunile în instalațiile electrice și rețelele electrice . Inițial, un descărcător era un dispozitiv de protecție la supratensiune bazat pe un eclator. Apoi, pentru a limita supratensiunile, au început să fie utilizate dispozitive bazate pe semiconductori și varistoare cu oxid de metal , în legătură cu care se mai folosește termenul „descărcător”.
Siguranța de explozie [1] [2] este un dispozitiv electric conceput pentru a proteja sistemele de joasă tensiune cu neutru izolat ( IT ) de apariția unei tensiuni înalte în ele în cazul unei defecțiuni a izolației la transformatoare. Este un spațiu de aer cu o singură acțiune cu un design special [3] .
În rețelele electrice, există adesea supratensiuni în impulsuri cauzate de comutarea dispozitivelor electrice, descărcări atmosferice sau din alte motive. În ciuda duratei scurte a unei astfel de supratensiuni, poate fi suficientă distrugerea izolației sau a joncțiunilor pn ale dispozitivelor semiconductoare și, ca urmare, a unui scurtcircuit , ceea ce duce la consecințe devastatoare. [4] Se pot folosi o izolație mai bună și semiconductori de tensiune mai mare pentru a elimina posibilitatea unui scurtcircuit, dar acest lucru are ca rezultat o creștere semnificativă a costului echipamentului. În acest sens, se recomandă utilizarea descărcătoarelor în rețelele electrice.
Descărcătorul este format din doi electrozi și un dispozitiv de arc.
Unul dintre electrozi este atașat la circuitul protejat, al doilea electrod este împământat . Spațiul dintre electrozi se numește eclator . La o anumită valoare a tensiunii între cei doi electrozi, eclatorul se sparge , eliminând astfel supratensiunea din secțiunea protejată a circuitului. Una dintre cerințele principale pentru descărcător este rezistența electrică garantată la frecvența industrială (descărcătorul nu trebuie să spargă în funcționarea normală a rețelei).
După o defecțiune cu un impuls, eclatorul este suficient de ionizat pentru a sparge tensiunea de fază a modului normal, în legătură cu care are loc un scurtcircuit și, ca urmare, funcționarea dispozitivelor RPA care protejează această zonă. Sarcina dispozitivului de stingere a arcului este de a elimina acest scurtcircuit în cel mai scurt timp posibil înainte ca dispozitivele de protecție să funcționeze.
Spațiul de aer este un tub de stingere a arcului realizat din polimeri capabili să sufere degradare termică cu eliberarea unei cantități semnificative de gaze și fără carbonizare semnificativă - clorură de polivinil sau plexiglas (inițial, la începutul secolului al XX-lea, era fibră ) , de la diferite capete ale căror electrozi sunt fixați. Un electrod este împământat, iar al doilea este situat la o anumită distanță de acesta (distanța determină tensiunea de funcționare sau defecțiunea descărcătorului) și are o conexiune electrică directă la conductorul de linie protejat. Ca urmare a unei defecțiuni, în tub are loc o generare intensă de gaz (plasmă), iar prin orificiul de evacuare se formează o explozie longitudinală, suficientă pentru a stinge arcul. Într-un descărcator de aer de tip deschis, gazele de plasmă sunt eliberate în atmosferă. Tensiunea de avarie a descărcătoarelor de aer este mai mare de 1 kV.
Designul și principiul de funcționare sunt identice cu evacuatorul de aer. Descărcarea electrică are loc într-un volum închis (tub ceramic) umplut cu gaze inerte. Procesul de descărcare electrică într-un mediu gazos face posibilă asigurarea celor mai bune caracteristici ale vitezei de acționare și stingere a descărcătorului. Tensiunea de defalcare a unui eclator umplut cu gaz este de la 60 volți la 5 kilovolți. În circuitele electrice de semnal cu tensiunea corespunzătoare, o lampă de neon în miniatură poate fi utilizată ca eclator .
Se folosesc și descărcătoare de gaz cu trei electrozi, concepute pentru a limita supratensiunile pe perechile de fire care nu sunt conectate galvanic la pământ în timpul funcționării normale.
Descărcătoarele de gaze pot fi echipate cu protecție termică. De obicei, aceasta este o clemă metalică specială (sau suport), care este atașată la corpul descărcătorului cu lipire fuzibilă. După încălzire și atingerea unei anumite temperaturi, electrozii sunt scurtcircuitați între ei cu o clemă metalică, ceea ce determină funcționarea elementelor de protecție rămase.
Un eclator acţionat de supapă este alcătuit din două componente principale: un eclator multiplu (format din mai multe eclatoare unice conectate în serie) şi un rezistor de lucru (format dintr-o serie de discuri vilite). Eclatorul multiplu este conectat în serie cu o rezistență de funcționare . Datorită faptului că vilita își schimbă caracteristicile atunci când este umezită, rezistența de lucru este etanșată ermetic de mediul extern. În timpul unei supratensiuni, un eclator multiplu se sparge, sarcina rezistenței de lucru este de a reduce valoarea curentului de urmărire la o valoare care poate fi stinsă cu succes prin eclatoare. Vilite are o proprietate specială - rezistența sa este neliniară - scade odată cu creșterea puterii curentului. Această proprietate permite trecerea mai multor curent cu o cădere de tensiune mai mică. Datorită acestei proprietăți, opritoarele de supape și-au primit numele. Alte avantaje ale descărcătoarelor de supape includ funcționarea silențioasă și lipsa emisiilor de gaz sau flăcări.
RVMG constă din mai multe blocuri succesive cu un eclator magnetic și un număr corespunzător de discuri wilite. Fiecare bloc de eclatoare magnetice este o conexiune alternativă de eclatoare unice și magneți permanenți închiși într-un cilindru de porțelan .
În timpul unei defecțiuni a eclatoarelor unice, apare un arc care, datorită acțiunii câmpului magnetic creat de magnetul inel, începe să se rotească cu viteză mare, ceea ce asigură o stingere mai rapidă a arcului în comparație cu eclatoarele de tip supapă.
În timpul funcționării, izolația echipamentelor de rețea electrică este expusă tensiunii de funcționare, precum și diferitelor tipuri de supratensiuni, cum ar fi fulgerul, comutația, cvasi-staționară. Principalele dispozitive pentru protejarea rețelelor de trăsnet și supratensiuni de comutare sunt descărcătoarele cu supape (RV) și descărcătoarele neliniare (OPN). La construirea sau modernizarea circuitelor de protecție la supratensiune existente cu ajutorul descărcătoarelor și RT, este necesar să se rezolve două sarcini principale care sunt strâns legate între ele:
Proprietățile de protecție ale RV și descărcătorul se bazează pe neliniaritatea caracteristicilor curent- tensiune ale elementelor lor de lucru, ceea ce asigură o scădere vizibilă a rezistenței la tensiuni ridicate și o revenire la starea inițială după ce tensiunea este redusă la funcționarea normală. Neliniaritatea scăzută a caracteristicilor curent-tensiune ale elementelor de lucru din descărcători nu a permis furnizarea simultană a unei limitări suficient de profunde a supratensiunii și a unui curent de conducție scăzut atunci când sunt expuse la tensiunea de funcționare, din influența căreia a fost posibil să se deconecteze prin introducerea eclatoarelor în serie cu elementul neliniar. Neliniaritatea semnificativ mai mare a rezistenței varistoarelor de oxid de zinc ale descărcătoarelor de supratensiune a făcut posibilă renunțarea la utilizarea eclatoarelor în proiectarea lor, adică elementele neliniare ale descărcătorului sunt conectate la rețea pe tot parcursul ei. întreaga durată de viață.
În prezent, descărcătoarele de supape sunt practic scoase din producție și în majoritatea cazurilor și-au împlinit durata de viață standard. Construcția de circuite de protecție a izolației echipamentelor atât pentru stațiile noi, cât și pentru cele modernizate, împotriva trăsnetului și a supratensiunilor de comutare, este acum posibilă doar cu utilizarea descărcătoarelor de supratensiune.
Identitatea scopului funcțional al descărcătoarelor RT și de supratensiune și simplitatea aparentă a designului acestora din urmă duc adesea la faptul că înlocuirea descărcătoarelor cu descărcători la supratensiune se realizează fără verificarea admisibilității și eficienței utilizării descărcătoarelor instalate la supratensiune. punctul din rețeaua luată în considerare. Aceasta explică rata crescută de accidente a OPN.
Pe lângă alegerea greșită a locațiilor de instalare și a caracteristicilor descărcătoarelor, o altă cauză de deteriorare a descărcătoarelor o reprezintă varistoarele de calitate slabă utilizate în asamblarea lor, care includ în primul rând varistoarele chinezești și indiene.
Eclatoarele de tijă, cunoscute și sub denumirea de coarne de protecție împotriva arcului electric, sunt folosite pentru a proteja firele protejate de ardere și pentru a transfera scurtcircuitul monofazat. în două faze. Pentru ca un arc să apară, este necesar un curent de scurtcircuit mai mare de 1 kA. Datorită tensiunii relativ scăzute (6-10 kV față de 20 kV în rețelele finlandeze) și rezistenței mari la sol, „claxoanele de protecție împotriva arcului” din rețelele rusești sunt ineficiente.
În prezent, acestea sunt interzise pe liniile aeriene de 6-10 kV de „Regulamentele privind politica tehnică” ale Companiei Federale de Rețea. Cu toate acestea, datorită simplității lor extreme și a costului scăzut, eclatoarele sunt instalate de facto în unele SRE.
Principiul de funcționare al descărcătorul se bazează pe utilizarea efectului unei descărcări de alunecare, care asigură o lungime mare de suprapunere în impulsuri pe suprafața descărcătorului și prevenirea, din acest motiv, a tranziției suprapunerii în impulsuri. într-un arc de putere de curent de frecvență industrială. Elementul de descărcare al RDI, de-a lungul căruia se dezvoltă descărcarea de alunecare, are o lungime de câteva ori mai mare decât lungimea izolatorului liniei protejate. Designul descărcătorului asigură o rezistență electrică la impuls mai mică în comparație cu izolația protejată. Principala caracteristică a eclatorului lung de scânteie este că, datorită lungimii mari a acoperirii fulgerului pulsat, probabilitatea de a stabili un arc de scurtcircuit este redusă la zero.
Există diverse modificări ale RDI, care diferă prin scopul și caracteristicile liniilor aeriene pe care sunt utilizate.
RDI sunt concepute pentru a proteja liniile electrice aeriene cu o tensiune de 6-10 kV curent alternativ trifazat cu fire protejate și goale de supratensiuni induse de fulgere și consecințele acestora, precum și loviturile directe de trăsnet; proiectat pentru funcționare în aer liber la temperatura ambiantă de la minus 60 °C până la plus 50 °C timp de 30 de ani.
Principalul avantaj al RDI este că descărcarea se dezvoltă de-a lungul aparatului prin aer, și nu în interiorul acestuia. Acest lucru vă permite să creșteți semnificativ durata de viață a produselor și să creșteți fiabilitatea acestora.
Descărcătorul cu mai multe camere este format dintr-un element de descărcare și o unitate de fixare. Ca element de descărcare, se utilizează un sistem cu mai multe camere, care include mai multe camere de suprimare a arcului.
Principiul de funcționare al unui eclator cu mai multe camere se bazează pe stingerea arcului într-un impuls, care apare ca urmare a supratensiunilor induse.
Raportul dintre loviturile directe de trăsnet și supratensiunea indusă este în medie de 10-20% (pentru Rusia centrală - 20-30%) până la 80-90% [5] .
În comparație cu un decalaj de scânteie lung, un decalaj cu mai multe camere este proiectat pentru un curent de scurtcircuit mai mare. Acest lucru îl face aplicabil la o gamă mai largă de linii aeriene, are și o compactitate mai mare.
Pe schemele de circuite electrice din Rusia, descărcătoarele sunt desemnate conform GOST 2.727-68.
1. Denumirea generală a descărcătorului
2. Descărcător tubular
3. Descărcător cu supapă și supapă magnetică 4. Descărcător de
supratensiune, varistor
5. Siguranță de explozie
6. Descărcător de gaz
7. Descărcător de gaz cu trei electrozi
8. Descărcător de gaz cu protecție termică
| Dispozitive de evacuare a gazelor | ||
|---|---|---|
| diode zener | ||
| Comutarea lămpilor | ||
| Indicatori | ||
| Descărcătoare |
| |
| Senzori |
| |
| Tipuri de evacuare a gazelor | ||
| Alte | ||