Kipinäväli on sähkölaite, joka on suunniteltu rajoittamaan ylijännitteitä sähköasennuksissa ja sähköverkoissa . Aluksi ylijännitesuoja oli kipinäväliin perustuva ylijännitesuojalaite. Sitten ylijännitteiden rajoittamiseksi alettiin käyttää puolijohteisiin ja metallioksidivaristoreihin perustuvia laitteita , joihin liittyen käytetään edelleen termiä "sulkija".
Purkamissulake [1] [2] on sähkölaite, joka on suunniteltu suojaamaan pienjännitejärjestelmiä, joissa on eristetty nolla ( IT ) korkean jännitteen ilmaantumiselta niihin muuntajien eristyksen rikkoutuessa. Se on erityinen yksitoiminen ilmarako [3] .
Sähköverkoissa esiintyy usein pulssijännitepiikkejä, jotka johtuvat sähkölaitteiden kytkemisestä , ilmakehän purkauksista tai muista syistä. Huolimatta tällaisen ylijännitteen lyhyestä kestosta, se voi riittää rikkomaan puolijohdelaitteiden eristyksen tai pn-liitosten ja sen seurauksena oikosulun , mikä johtaa tuhoisiin seurauksiin. [4] Parempaa eristystä ja korkeamman jännitteen puolijohteita voidaan käyttää eliminoimaan oikosulun mahdollisuus, mutta tämä johtaa merkittävästi laitekustannusten nousuun. Tältä osin on suositeltavaa käyttää sähköverkoissa pysäyttimiä.
Suoja koostuu kahdesta elektrodista ja valokaaresta.
Yksi elektrodeista on kiinnitetty suojattuun piiriin, toinen elektrodi on maadoitettu . Elektrodien välistä tilaa kutsutaan kipinäväliksi . Tietyllä jännitearvolla kahden elektrodin välillä kipinäväli murtuu ja poistaa siten ylijännitteen piirin suojatusta osasta. Eräs päävaatimuksista pysäyttimelle on taattu sähköinen lujuus teollisuustaajuudella (suojan ei tulisi murtautua normaalissa verkkotoiminnassa).
Pulssin aiheuttaman rikkoutumisen jälkeen kipinäväli on riittävästi ionisoitunut murtamaan normaalitilan vaihejännitteen, jonka yhteydessä tapahtuu oikosulku ja sen seurauksena tätä aluetta suojaavien RPA -laitteiden toiminta. Valokaarisammutuslaitteen tehtävänä on poistaa tämä oikosulku mahdollisimman lyhyessä ajassa ennen suojalaitteiden toimintaa.
Ilmarako on valokaarisammutusputki, joka on valmistettu polymeereistä, jotka pystyvät läpikäymään lämpöhajoamisen vapauttamalla huomattavan määrän kaasuja ja ilman merkittävää hiiltymistä - polyvinyylikloridia tai pleksilasia (alun perin, 1900-luvun alussa, se oli kuitua ) , joiden elektrodit on kiinnitetty eri päistä. Yksi elektrodi on maadoitettu ja toinen sijaitsee tietyllä etäisyydellä siitä (etäisyys määrittää pysäyttimen toimintajännitteen tai rikkoutumisen) ja sillä on suora sähköyhteys suojattuun linjajohtimeen. Rikkoutumisen seurauksena putkessa syntyy voimakasta kaasun muodostusta (plasmaa) ja poistoaukon läpi muodostuu pitkittäinen räjähdys, joka riittää sammuttamaan kaaren. Avointyyppisessä ilmapurkaimessa plasmakaasuja vapautuu ilmakehään. Ilmapurkauslaitteiden läpilyöntijännite on yli 1 kV.
Rakenne ja toimintaperiaate ovat identtiset ilmanpoistolaitteen kanssa. Sähköpurkaus tapahtuu suljetussa tilavuudessa (keraaminen putki), joka on täytetty inertillä kaasulla. Sähköpurkausprosessi kaasumaisessa väliaineessa mahdollistaa parhaan mahdollisen pysäyttimen käyttönopeuden ja sammutuksen ominaisuudet. Kaasulla täytetyn kipinävälin läpilyöntijännite on 60 voltista 5 kilovolttiin. Sopivan jännitteen signaalisähköpiireissä voidaan käyttää miniatyyriä neonlamppua kipinävälinä .
Käytössä on myös kolmielektrodisia kaasusuojaimia, jotka on suunniteltu rajoittamaan ylijännitteitä johdinpareissa, joita ei ole galvaanisesti kytketty maahan normaalin toiminnan aikana.
Kaasunsuojat voidaan varustaa lämpösuojalla. Yleensä tämä on erityinen metallipidike (tai kiinnike), joka on kiinnitetty sulakkeen runkoon sulavalla juotteella. Kuumentamisen ja tietyn lämpötilan saavuttamisen jälkeen elektrodit oikosuljetaan keskenään metalliklipsillä, mikä aiheuttaa jäljellä olevien suojaelementtien toiminnan.
Venttiilikäyttöinen kipinäväli koostuu kahdesta pääkomponentista: monikipinävälistä (joka koostuu useista yksittäisistä kipinävälistä, jotka on kytketty sarjaan) ja toimivasta vastuksesta (joka koostuu sarjasta vilite-kiekkoja). Monikipinäväli on kytketty sarjaan käyntivastuksen kanssa . Koska vilite muuttaa ominaisuuksia kostutettaessa, työvastus on hermeettisesti suljettu ulkoiselta ympäristöltä. Ylijännitteen aikana murtuu moninkertainen kipinäväli, toimivan vastuksen tehtävänä on pienentää seurantavirran arvo arvoon, joka voidaan onnistuneesti sammuttaa kipinävälillä. Vilitellä on erityinen ominaisuus - sen vastus on epälineaarinen - se pienenee virranvoimakkuuden kasvaessa. Tämä ominaisuus mahdollistaa suuremman virran kulkemisen pienemmällä jännitehäviöllä. Tämän ominaisuuden ansiosta venttiilinsuojat saivat nimensä. Muita venttiilinsuojainten etuja ovat hiljainen toiminta ja ei kaasu- tai liekkipäästöjä.
RVMG koostuu useista peräkkäisistä lohkoista, joissa on magneettinen kipinäväli ja vastaava määrä Wilite-levyjä. Jokainen magneettisten kipinävälien lohko on yksittäisten kipinävälien ja kestomagneettien vaihtoehtoinen liitäntä posliinisylinteriin suljettuina .
Yksittäisten kipinävälien rikkoutuessa syntyy kaari, joka rengasmagneetin synnyttämän magneettikentän vaikutuksesta alkaa pyöriä suurella nopeudella, mikä varmistaa venttiilityyppisiin kipinäväliin verrattuna nopeamman valokaaren sammumisen.
Käytön aikana sähköverkkolaitteiden eristys altistuu käyttöjännitteelle sekä erilaisille ylijännitteille, kuten salama-, kytkentä-, lähes paikallaan oleville jännitteille. Tärkeimmät laitteet verkkojen suojaamiseen salamoilta ja kytkentäylijännitteiltä ovat venttiilisuojat (RV) ja epälineaariset ylijännitesuojat (OPN). Kun rakennetaan tai päivitetään olemassa olevia ylijännitesuojapiirejä ylijännitesuojan ja RT:n avulla, on tarpeen ratkaista kaksi toisiinsa läheisesti liittyvää päätehtävää:
RV:n ja pysäyttimen suojaominaisuudet perustuvat niiden työelementtien virta- jännite -ominaisuuksien epälineaarisuuteen , mikä saa aikaan huomattavan vastuksen pienenemisen kohotetuilla jännitteillä ja palautumisen alkuperäiseen tilaan jännitteen laskettua normaalikäyttöön. Työelementtien virta-jännite-ominaisuuksien alhainen epälineaarisuus pysäyttimissä ei mahdollistanut riittävän syvän ylijänniterajoituksen ja alhaisen johtavuusvirran aikaansaamista samanaikaisesti käyttöjännitteelle altistettuna, jonka vaikutuksesta oli mahdollista virittää pois asetetaan kipinävälit sarjaan epälineaarisen elementin kanssa. Ylijännitesuojainten sinkkioksidivaristorien resistanssin huomattavasti suurempi epälineaarisuus mahdollisti niiden suunnittelussa luopumisen kipinärakojen käytöstä, eli pidättimen epälineaariset elementit on kytketty verkkoon koko sen ajan. koko käyttöiän.
Tällä hetkellä venttiilinpysäyttimet ovat käytännössä loppuneet tuotannosta ja useimmiten ne ovat kestäneet normaalin käyttöikänsä. Sekä uusien että modernisoitujen sähköasemien laiteeristyssuojapiirien rakentaminen salaman ja kytkentäylijännitteiden varalta on nyt mahdollista vain ylijännitesuojan avulla.
RT- ja ylijännitesuojainten toiminnallisen tarkoituksen identiteetti ja jälkimmäisten ilmeinen suunnittelun yksinkertaisuus johtavat usein siihen, että ylijännitesuojat vaihdetaan ylijännitesuojain ilman, että tarkistetaan asennetun ylijännitesuojan käyttökelpoisuutta ja tehokkuutta. tarkasteltavana olevan verkon piste. Tämä selittää OPN:n lisääntyneen tapaturmaasteen.
Virheellisten asennuspaikkojen ja pysäyttimien ominaisuuksien valinnan lisäksi toinen syy pysäyttimien vaurioitumiseen on niiden kokoonpanossa käytetyt huonolaatuiset varistorit, joihin kuuluu pääasiassa kiinalaisia ja intialaisia varistoreita.
Tankokipinärakoja, jotka tunnetaan myös kaarilta suojaavina sarvina, käytetään suojaamaan suojattuja johtoja palamiselta ja siirtämään yksivaiheista oikosulkua. kaksivaiheiseksi. Kaaren syntymiseen tarvitaan yli 1 kA oikosulkuvirta. Suhteellisen alhaisen jännitteen (6-10 kV vs. 20 kV Suomen verkoissa) ja suuren maavastuksen vuoksi Venäjän verkkojen "kaarisuojatorvet" ovat tehottomia.
Tällä hetkellä ne ovat kiellettyjä 6-10 kV ilmajohdoissa Federal Grid Companyn "teknistä politiikkaa koskevissa määräyksissä". Äärimmäisen yksinkertaisuutensa ja alhaisten kustannustensa vuoksi kipinävälit on kuitenkin de facto asennettu joihinkin uusiutuviin energialähteisiin.
Pysäyttimen toimintaperiaate perustuu liukupurkauksen vaikutuksen käyttöön, joka tarjoaa suuren pituisen pulssipäällekkäisyyden pysäyttimen pinnalla, ja tästä johtuen pulssipäällekkäisyyden siirtymisen estämiseen. teollisuustaajuusvirran voimakaareen. RDI:n purkauselementin, jota pitkin liukuva purkaus kehittyy, pituus on useita kertoja suurempi kuin suojatun linjaeristeen pituus. Suojaimen rakenne varmistaa sen alhaisemman impulssivoimakkuuden suojattuun eristykseen verrattuna. Pitkän kipinävälin pääominaisuus on, että pulssisalamapeiton suuren pituuden vuoksi oikosulkukaaren muodostumisen todennäköisyys pienenee nollaan.
RDI:stä on erilaisia muunnelmia, jotka eroavat niiden käyttötarkoituksen ja ominaisuuksien osalta, joissa niitä käytetään.
RDI on suunniteltu suojaamaan ilmajohtoja, joiden jännite on 6-10 kV kolmivaiheinen vaihtovirta suojatuilla ja paljailla johdoilla indusoituneilta salamanpiikeiltä ja niiden seurauksilta sekä suorilta salamaniskuilta; suunniteltu ulkokäyttöön ympäristön lämpötilassa -60 °C - plus 50 °C 30 vuoden ajan.
RDI:n tärkein etu on, että purkaus kehittyy laitetta pitkin ilman kautta, ei sen sisällä. Tämän avulla voit pidentää merkittävästi tuotteiden käyttöikää ja lisää niiden luotettavuutta.
Monikammioinen pysäytin koostuu purkauselementistä ja kiinnitysyksiköstä. Purkauselementtinä käytetään monikammiojärjestelmää, joka sisältää useita kaarenvaimennuskammioita.
Monikammioisen kipinävälin toimintaperiaate perustuu kaaren sammuttamiseen pulssissa, joka tapahtuu indusoituneiden ylijännitteiden seurauksena.
Suorien salamaniskujen ja indusoidun ylijännitteen välinen suhde on keskimäärin 10-20 % (Keski-Venäjällä 20-30 %) ja 80-90 % [5] .
Pitkään kipinäväliin verrattuna monikammioinen rako on suunniteltu suurempaa oikosulkuvirtaa varten. Tämä tekee siitä soveltuvan laajemmalle valikoimalle ilmajohtoja, ja se on myös kompaktimpi.
Sähköpiirikaavioissa Venäjällä pysäyttimet on merkitty standardin GOST 2.727-68 mukaisesti.
1. Pysäyttimen yleinen nimitys
2. Putkimainen suodin
3. Venttiili ja magneettiventtiilin sulku 4. Ylijännitesuoja
, varistori
5. Sulake
6. Kaasunpurkaus
7. Kolmielektrodinen kaasupurkaus
8. Kaasunpurkaus lämpösuojalla
| Kaasupurkauslaitteet | ||
|---|---|---|
| zener-diodit | ||
| Lamppujen vaihto | ||
| Indikaattorit | ||
| Purkauslaitteet |
| |
| Anturit |
| |
| Kaasunpurkaustyypit _ | ||
| Muut | ||