Nút chặn đường ống — Thiết bị, Tính năng, Ứng dụng, Ưu điểm và Nhược điểm

Việc sử dụng cột thu lôi không loại trừ hoàn toàn thiệt hại do sét đánh đối với các công trình lắp đặt điện, đặc biệt là đường dây điện, vì xác suất sét đánh đối với đường dây điện trên không có thể tương đối cao và hơn nữa, chúng thường được thực hiện mà không có bất kỳ biện pháp bảo vệ nào đối với dây dẫn. . Quá điện áp xảy ra trên đường dây khi sét đánh đến các trạm biến áp (đó là lý do tại sao chúng được gọi là quá áp) và có thể gây nguy hiểm cho lớp cách điện của thiết bị được lắp đặt ở đó.

Để tránh hư hỏng cho bất kỳ cấu trúc cách điện nào, hãy bao gồm tia lửa, vôn-giây (có đặc tính phải nằm dưới đặc tính vôn-giây của lớp cách điện được bảo vệ.Nếu điều kiện này được đáp ứng, trong mọi trường hợp, sự sụt giảm của sóng quá điện áp sẽ gây ra đánh thủng khe hở tia lửa điện, sau đó là sự sụt giảm mạnh ("sự cố") điện áp trên khe hở tia lửa điện và cách điện được bảo vệ. khe hở tia lửa điện sẽ bắt đầu chảy do điện áp của tần số công nghiệp của hệ thống lắp đặt điện - dòng điện đi kèm.

Trong các hệ thống lắp đặt có trung tính nối đất hoặc trong trường hợp có sự cố khe hở tia lửa hai hoặc ba pha, hồ quang tiếp theo có thể không tự dập tắt và sự cố xung trong trường hợp này sẽ trở thành ngắn mạch ổn định, dẫn đến gián đoạn quá trình cài đặt . Do đó, để tránh việc ngừng lắp đặt như vậy, cần phải dập tắt hồ quang tiếp theo qua khe hở tia lửa.

Các thiết bị không chỉ cung cấp khả năng bảo vệ cách ly chống quá điện áp mà còn dập tắt hồ quang tiếp theo trong thời gian ngắn hơn thời gian bảo vệ rơle, được gọi là thiết bị chống sét bảo vệ trái ngược với nến thông thường, thường được gọi là khoảng cách bảo vệ (PZ).

Ống dừng cùng với van là những loại người lưu giữ chính. Chúng khác nhau về nguyên tắc dập tắt hồ quang tiếp theo. Trong thiết bị chống sét dạng ống, hồ quang bị dập tắt bằng cách tạo ra một vụ nổ dọc dữ dội và trong thiết bị chống sét van, hồ quang bị dập tắt do dòng điện tiếp theo giảm nhờ một điện trở bổ sung nối tiếp với khe hở tia lửa.

Khe tia lửa ống (Hình 1, a) là ống 2 làm bằng vật liệu tạo khí cách điện, bên trong có khe dập tắt hồ quang không điều chỉnh S1 được tạo bởi điện cực thanh 3 và mặt bích 4.Tia lửa được tách ra khỏi điện áp vận hành bằng khe hở tia lửa bên ngoài, vì ống 2 không dành cho sự hiện diện lâu dài dưới điện áp do sự phân hủy của vật liệu tạo khí dưới ảnh hưởng của rò rỉ rò rỉ. Mặt bích thứ hai 1 của bộ giới hạn được nối đất.

Cơm. 1. Bộ chống sét ống: a — thiết bị và mạch chuyển mạch, b — ký hiệu quy ước của sơ đồ, c — điện áp trong bộ chống sét, d — mạch tương đương.

Với quá điện áp trong mạng (Hình 1, c), cả hai khe hở đánh lửa đều bị đứt và sóng quá áp (đường cong 1) bị gián đoạn. Một dòng điện đi kèm bắt đầu chạy dọc theo đường dẫn do xung phóng điện tạo ra và quá trình phóng tia lửa điện biến thành phóng điện hồ quang.Dưới tác động của nhiệt độ cao của kênh hồ quang của dòng điện đi kèm, vật liệu của ống bị phân hủy cùng với quá trình phóng điện của một lượng lớn khí, áp suất trong đó tăng mạnh (lên đến hàng chục atm) và khí bị đẩy ra ngoài qua lỗ mở của mặt bích 4, tạo ra một vụ nổ dọc dữ dội. Kết quả là hồ quang bị dập tắt khi dòng điện đầu tiên đi qua điểm không.

Khi khe hở tia lửa được kích hoạt, nó phát ra khí ion hóa nóng sáng dưới dạng ngọn đuốc dài 5 1,5 - 3,5 m và rộng 1 - 2,5 m (tùy thuộc vào điện áp danh định của khe hở tia lửa) và âm thanh phát ra giống như tiếng súng Tôi đã nghe. Do đó, để ngăn ngừa sự cố lệch pha, khi lắp đặt bộ chống sét, cần đảm bảo rằng các bộ phận mang dòng điện của các pha liền kề không rơi vào vùng phóng điện.Điện áp tác động của bộ chống sét có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi khoảng cách của khe hở đánh lửa bên ngoài, nhưng chúng không thể giảm xuống dưới một mức tối thiểu nhất định, vì điều này làm cho bộ chống sét tác động quá thường xuyên và làm tăng độ mài mòn của chúng.

Do điện trường của các điện cực hình que của khe hở tia lửa ống rất không đồng nhất, nên đặc tính vôn-giây của nó có đặc tính giảm dần trong vùng lên tới 6-8 μs, không phù hợp với đặc tính vôn-giây phẳng của máy biến thế và máy điện. Cần có một cường độ hình thành khí nhất định để dập tắt hồ quang thành công, do đó, có một giới hạn dòng điện thấp hơn được cắt tại đó bộ phóng điện vẫn có thể dập tắt hồ quang trong vòng 1-2 nửa chu kỳ.

Giới hạn trên của dòng điện ngắt cũng bị hạn chế, vì sự hình thành khí quá mạnh có thể dẫn đến phá hủy bộ chống sét (vỡ ống hoặc phá hủy các mặt bích).

Phạm vi dòng điện ngắt được chỉ định trong ký hiệu loại của bộ chống sét, ví dụ, RTV 35 / (0,5 — 2,5) có nghĩa là bộ chống sét dạng ống 0,5 — 2,5 nhựa vinyl cho 35 kV với phạm vi dòng điện ngắt 0,5 — 2,5 kA.

Khi chiều dài của khe hở triệt tiêu hồ quang giảm và đường kính của nó tăng lên, cả hai giới hạn của dòng phóng điện đều chuyển sang các giá trị lớn hơn.

Do hoạt động của bộ chống sét đi kèm với việc đốt cháy một phần vật liệu của ống dập hồ quang, nên sau 8 - 10 thao tác, khi đường kính tăng 20 - 25% so với ban đầu, bộ chống sét sẽ không sử dụng được (vì giới hạn của dòng điện, bị gián đoạn bởi nó, bị thay đổi) và phải được thay thế.

Để tính đến số lượng hoạt động, các bộ giới hạn đường ống được trang bị một chỉ báo kích hoạt ở dạng dải kim loại 6 (xem Hình 1, a), không được mở ra bởi các khí do bộ giới hạn thải ra. Hiện nay, ngành công nghiệp sản xuất các loại hạn chế đường ống loại RTF trong đó khí được tạo ra từ ống sợi quang và loại RTV bằng ống nhựa vinyl.

Do độ bền cơ học của sợi thấp, nó được bọc trong một ống giấy dày bằng giấy Bakelized, để giảm tính hút ẩm của nó, nó được phủ một lớp vecni chống ẩm (thường là men perchlorovinyl), có thể chịu được tác động của khí quyển trong mùa hè và mùa đông tốt. Một tính năng đặc trưng của bộ chống sét RTF là sự hiện diện của một buồng ở đầu kín của ống, giúp tăng cường khả năng xả dọc khi dòng điện đi qua giá trị 0 và do đó góp phần dập tắt hồ quang.

Ở bộ hạn chế RTV, khí được tạo ra bởi một ống nhựa vinyl, có khả năng tạo khí cao hơn và đặc tính cách điện được bảo quản tốt ngay cả khi làm việc ngoài trời trong mọi thời tiết. Bộ chống sét RTV có thiết kế đơn giản hơn (không có khoang bên trong, không cần sơn) và giới hạn trên của dòng điện ngắt cao hơn (15 kA thay vì 7-10 kA đối với bộ chống sét RTF).

Cơm. 2. Chặn ống RTV-20-2/10

Để hoạt động trong các mạng có dòng điện không liên tục rất lớn (lên đến 30 kA), các bộ hạn chế gia cố loại RTVU được sản xuất, độ bền cơ học tăng lên đạt được bằng cách quấn một ống nhựa vinyl với các lớp băng thủy tinh được tẩm chất chống chịu thời tiết. hợp chất epoxy.

Khả năng mang xung của bộ chống sét dạng ống, thực tế truyền toàn bộ dòng sét qua chúng khi nó đánh vào đường dây, khá cao và lên tới 30–70 kA.

Việc lựa chọn thiết bị chống sét đường ống được thực hiện theo điện áp danh định của mạng và giới hạn dòng điện ngắn mạch của mạng tại điểm lắp đặt chúng. Dòng ngắn mạch tối đa được tính khi tất cả các phần tử mạng (đường dây, máy biến áp, máy phát) được bật, có tính đến thành phần không định kỳ của dòng ngắn mạch, dòng tối thiểu - với mạch mạng có các phần tử bị ngắt kết nối một phần (đối với ví dụ, để đại tu) và không có thành phần định kỳ được xem xét. Các giới hạn hiện tại ngắn mạch được tìm thấy. phải nằm trong giới hạn dòng điện ngắt của thiết bị chống sét đường ống.

Bộ chống sét dạng ống được sản xuất cho điện áp từ 3 đến 220 kV, dòng điện ngắt từ 0,2 - 7 và 1,5 - 30 kA ở điện áp 3 - 35 kV đến 0,4 - 7 và 2,2 - 30 kA ở điện áp 110 kV. Bộ chống sét 220 kV bao gồm hai bộ chống sét dạng ống 110 kV được nối với nhau bằng một lồng thép có các ống xả.

Nhược điểm chính của thiết bị chống sét dạng ống là có vùng phóng điện, sóng đột biến mạnh, ngắn mạch (mặc dù ngắn hạn) từ đường dây xuống đất và đặc tính vôn-giây đặc biệt dốc, loại trừ khả năng này. sử dụng rộng rãi chống sét ống như một thiết bị bảo vệ thiết bị trạm biến áp. Nhược điểm của bộ giới hạn đường ống là sự hiện diện của giới hạn dòng điện bị gián đoạn, điều này làm phức tạp quá trình sản xuất và vận hành của chúng.

Do tính đơn giản và chi phí thấp, chống sét đường ống được sử dụng rộng rãi làm phương tiện phụ trợ để bảo vệ trạm biến áp, để bảo vệ các trạm biến áp công suất thấp và mức quan trọng thấp, cũng như các đoạn đường dây riêng lẻ.

Hiện nay, các bộ hạn chế ống và van đang dần được thay thế bằng các bộ hạn chế điện áp phi tuyến tính (bộ hạn chế)... Chúng là các biến trở oxit kim loại (điện trở phi tuyến tính) được nối tiếp không có tia lửa, được đặt trong vỏ sứ hoặc polyme.