close
Choose Your Site
Global
Social Focus
Просмотры:0 Автор:Pедактор сайта Время публикации: 2022-05-28 Происхождение:Работает
В какой-то момент все электрооборудование имеет событие окончания срока службы (EOLE).Иногда это событие может быть столь же безобидным, как удаление и замена более новым устройством, но оно также может быть побочным продуктом громоздкой перегрузки.В случае распределительных разрядников такая грозовая перегрузка может привести к краткосрочному или длительному отключению электроэнергии.
Именно во время такого события разъединитель разрядника становится основным фактором надежности системы.Разъединитель в некотором смысле оставался бездействующим на протяжении всего срока службы разрядника.Но при перегрузке по типу EOLE он должен сработать один и только один раз, чтобы защитить энергосистему от потенциально длительного отключения.По сути, этот замечательный страж энергосистемы стоит на страже ОПН в течение всего срока его службы.Затем, когда это необходимо, он обнаруживает неисправность, эффективно активируется и отделяет провод заземления разрядника от самого разрядника.Это поддерживает свет, заставляет двигатели вращаться и может иметь большое влияние на надежность системы распределения электроэнергии.
В этой предыдущей статье INMR, подготовленной обозревателем Джонатаном Вудвортом, сообщалось о разъединителе, его реальной роли и связанных с ним технологических разработках за эти годы.
В конце 1930-х годов промышленность приложила большие усилия для разработки прерывателя для разрядников, который устранил бы необходимость в работе выключателя для отключения замыкания на землю, вызванного неисправным разрядником.Большая часть таких усилий была сосредоточена на высоковольтной части станционных разрядников, но не на всех.В апреле 1939 года Ральф Эрл подал заявку на патент на устройство, которое он назвал «Автоматическим прерывателем цепи», которое затем стало патентом США в 1942 году. Вполне вероятно, что это было первое электрическое устройство, в котором использовался взрывной черный порох. для повышения надежности энергосистемы путем прерывания тока замыкания на землю, протекающего через неисправный распределительный разрядник.Почти 70 лет спустя практически та же концепция конструкции все еще используется, но теперь называется разъединителем заземляющего провода (GLD).Хотя он больше не считается прерывателем неисправной цепи, он по-прежнему является индикатором и устройством, защищающим систему от длительных отключений из-за отказа разрядников.
Рис. 1: Распределительный разрядник со встроенным разъединителем заземляющего провода.
Рисунок 2: Оригинальный патент на разъединитель с заземлением от 22 сентября 1942 г.
Важность GLD для надежности системы часто недооценивается и в значительной степени понимается неправильно.
Разъединитель разрядника представляет собой устройство, соединенное последовательно с разрядником и отделяющее провод заземления от нижней части разрядника в случае его перегрузки и короткого замыкания на землю.Он также известен как разъединитель или изолятор заземления.GLD срабатывает только в том случае, если ток короткого замыкания промышленной частоты протекает через устройство во время перегрузки разрядника и не должен реагировать таким образом на удары молнии или коммутационные перенапряжения.
Рис. 3: Типовой разъединитель.
Обычно используемые сегодня конструкции включают в себя нагревательный элемент, байпасный элемент в установившемся режиме и разделительный элемент.С электрической точки зрения все это представлено на рис. 4. Существует несколько вариантов этой конструкции, но все они в основном работают одинаково.Во время работы в установившемся режиме ток утечки разрядника проходит вокруг нагревательного элемента и разделительного элемента, который обычно представляет собой небольшое взрывное устройство, активируемое теплом.Во время грозовых разрядов тепла, выделяемого в разъединителе от нагревательного элемента, недостаточно для воспламенения разделительного элемента, который сконструирован таким образом, что он срабатывает только при протекании тока короткого замыкания через устройство.
Важно отметить, что стандартный разрядник-разъединитель не является отключающим устройством.Он может отключать ток короткого замыкания во время работы, но только в идеальных условиях, таких как низкие токи короткого замыкания.Поскольку разъединитель не прерывает ток короткого замыкания, устройство максимального тока должно срабатывать, когда разрядник перегружен и вызывает короткое замыкание на землю.
Рис.4: Схема разъединителя.
Как указано выше, GLD активируется только от тока неисправности промышленной частоты.Из-за этого эксплуатационного требования незаземленные системы и системы с заземлением через импеданс могут не запускать его работу во время события окончания срока службы.В то время как некоторые конструкции разъединителей имеют чувствительность до диапазона тока короткого замыкания 1 ампер, большинство из них этого не делает.Если бы разъединители могли регулярно достигать этой рабочей области с низким током, их можно было бы использовать во многих незаземленных цепях и цепях с заземлением через импеданс.
Каждый разъединитель имеет времятоковую характеристику, представленную либо графически, либо в виде таблицы, как показано на рис. 5. Поскольку разъединитель не является устройством отключения или сброса КЗ, единственная кривая, которая может быть правильно отображена, — это кривая срабатывания отключения.
Инициирование отключения определяется как первый признак внешнего напряжения дуги на устройстве во время его работы.Кривую ток-время можно изменить, отрегулировав время, необходимое для нагрева дымного пороха до температуры воспламенения – для большинства современных GLD около 180°C.Это задает одно из ограничений устройства, поскольку материал рядом с дымным порохом должен выдерживать такую температуру, не препятствуя процессу разделения.
Рис. 5: Устройства максимального тока в зависимости от срабатывания разъединителя.
Существует два распространенных способа нагрева разделительного элемента, и довольно часто используется резистивный материал, преобразующий энергию в тепло.Провод сопротивления, такой как нихром, популярен из-за его высокой термостойкости и хороших характеристик старения.Расположение, длина и диаметр проволоки определяют характеристики нагрева, и, поскольку они вполне измеримы, можно точно предсказать время нагрева и время воспламенения.Расположение черного порошка относительно нагревательного элемента имеет решающее значение.
Второй популярный метод заключается в использовании тепла от дуги, возникающей через небольшой физический зазор во время тока короткого замыкания.Это метод, впервые разработанный еще в 1939 году, и до сих пор хорошо работающий, что свидетельствует о качестве и экономической эффективности оригинальной концепции.Хотя за последние семь десятилетий изменились практически все остальные характеристики распределительного разрядника, эта продолжает жить.
Управление тепловыми характеристиками дуги — непростая задача, и это делает второй способ нагрева менее предсказуемым.Тем не менее, после нескольких экспериментальных испытаний метод все еще может быть эффективным.Байпасный элемент затем становится частью этой конструктивной концепции, поскольку его сопротивление определяет ток и напряжение, при которых зазор будет инициировать дугу.Иногда перепускной элемент может действовать как нагреватель при токах ниже уровня дуги и может повышать температуру дымного пороха до температуры воспламенения.Если конструкция GLD зависит от этой двойной функции обходного резистора, материал резистора важен и должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать высокие температуры без ухудшения процесса зажигания.Для разрядников без тока утечки шунтирующий резистор можно не использовать.
Если устройство защиты от перегрузки по току находится перед разрядником, оснащенным разъединителем, то перегрузка по току может быть быстрее, чем способность разъединителя воспламеняться.Поэтому пользователю таких устройств целесообразно согласовывать начальную кривую отключения разъединителя с минимальной кривой плавления устройства максимального тока.В целом можно предположить, что если устройство максимального тока работает медленнее, чем типичная кривая плавкой вставки 20K, то достигается координация с разъединителем.
Разъединители, как правило, устанавливаются на заземляющем конце разрядника, как показано на рис. 6. В этой конфигурации нижняя часть разрядника получает питание от линейного потенциала после того, как разъединитель отключается, и разрядник становится низкоимпедансным по отношению к земле.Это распределение напряжения на разряднике сильно отличается от того, которое обычно наблюдается в установившемся режиме.Поэтому важно, чтобы пользователи разрядников этого типа знали, что полный потенциал линии может существовать в нижней части разрядника, где он обычно равен или близок к потенциалу земли.По этой причине с нижней частью разрядника всегда следует обращаться так, как если бы он мог находиться под линейным потенциалом.
Еще один аспект безопасности, который следует учитывать, заключается в том, что когда порошок нагревается до температуры активации, он отделяет разъединитель со значительной силой и скоростью.Это может привести к выбросу мелких осколков и искр.Как указывалось выше, поскольку GLD не является устройством для устранения неисправностей или отключения, результирующая дуга промышленной частоты может поддерживаться в течение нескольких циклов.Эта дуга способна расплавить металлические и пластмассовые детали, которые могут упасть на землю, и в местах, подверженных высокому риску возгорания, это может иметь очень нежелательные последствия.Третьим аспектом безопасности, который следует учитывать, является то, что разъединительное устройство активируется нагреванием, и поэтому его нельзя нагревать в печи выше 150°C, так как это может привести к его активации.Однако следует отметить, что удар по разъединителю не приводит в действие порошок, который активируется только нагреванием.Тем не менее, следует соблюдать осторожность, поскольку при прямом воздействии на черную силу и выделении тепла она может воспламениться.
Рис. 6: Типичные конфигурации разъединителя.
Надежность этого устройства должна быть равна или выше, чем у разрядника, к которому оно прикреплено.Если это не так, то из-за короткого замыкания разрядника может произойти длительное отключение.Это сделало бы пламегаситель почти невозможным для обнаружения днем и еще труднее ночью.Стоит только попросить любого линейного человека, который охотился за закороченным ОПН во время грозы, восстановить работу, и он, без сомнения, резко скажет о ОПН с ненадежными разъединителями.
Поскольку GLD чаще всего используется как часть клеммы заземления разрядника, он должен выдерживать типичные усилия при установке.Это означает, что он должен выдерживать 25-35 ft-lbs (34-47 Нм) без повреждений.Эта механическая работа требует прочной конструкции.
Стандарты разрядников IEC и IEEE касаются только двух аспектов GLD.Сначала необходимо выполнить испытания на долговечность (рабочий режим, большой ток и малый ток) при подключенном GLD.Во время таких испытаний устройство не должно работать.Второй рассматриваемый аспект — это построение кривой отключения.Каждая конструкция должна быть испытана при токе 20, 80, 200 и 800 ампер, а полученное время до начала отключения должно быть записано.
Эти нынешние стандарты несовершенны в нескольких отношениях и в ближайшем будущем должны быть изменены.Во-первых, они не учитывают ни надежность устройства, ни его систему уплотнения, ни характеристики старения.Во-вторых, они не рассматривают эксплуатационные испытания с током выше 800 ампер, а этот уровень обычно встречается в полевых условиях.
Из Рисунка 6 можно предположить, что после срабатывания разъединителя потенциал линии к земле оказывается под напряжением на изолирующей подвеске.Это напряжение может привести к проскальзыванию подвески по земле, если отсоединенный блок остается под напряжением в течение длительного времени.Например, долгосрочные электрические и экологические характеристики изолирующей подвески должны быть повышены, если разрядник может оставаться под напряжением более года.На Рисунке 7 показан пример того, что может произойти, если разрядник остается под напряжением в течение такого периода времени после срабатывания разъединителя.
Рис.7: ОПН 15,3 кВ класса 1, где разъединитель работал и не снимался с цепи более года.
Важно учитывать, что когда разъединитель работает и отключает заземляющий конец разрядника, присоединенный провод должен иметь достаточную длину, чтобы он мог создать зазор между нижней частью разрядника и отключенной половиной устройства.Также необходимо учитывать гибкость провода, чтобы устройство могло создать такой зазор.Как правило, шина вызывает проблемы с отсоединением, в то время как обычный гибкий провод подходит.Одножильные или многожильные проводники диаметром до 1 см обычно легко отсоединяются от разрядника на типовых устройствах.
Когда разрядники устанавливаются на траверсе параллельно друг другу, важно, чтобы провод заземления разрядника в середине не был связан двумя внешними блоками.Это может привести к длительному отключению, даже если разъединитель правильно сработал при попытке изолировать разрядник (см. рис. 8).
Рис. 8: Рекомендуемое расположение проводов для 3-фазного параллельного подключения.
Из-за того, что разрядники-разъединители содержат активирующий элемент, способный взорваться (чтобы отделить заземляющий провод при воздействии тепла тока замыкания на землю), он также может работать таким же образом при попадании в огонь.Поэтому удаление, очевидно, не должно требовать сжигания.
В соответствии с правилами ООН, касающимися опасных материалов, GLD относится к взрывчатым веществам класса 1.Однако при соответствующем тестировании или модификации GLD может быть переведен в другую классификацию.Если GLD изготовлен таким образом, что при пожаре он не создаст снаряда, его можно классифицировать как неопасный товар, и проблемы с транспортировкой больше не будут проблемой.Это поднимает вопрос о том, как безопасно перевозить разрядники на грузовиках.Если ОПН уже оснащен безопасным для транспортировки разъединителем, то никаких особых мер предосторожности не требуется.Однако, если это конструкция, изготовленная до 2005 года, то рекомендуется размещать разрядники внутри металлической закрытой камеры, как это обычно бывает на многих грузовых автомобилях.Если это невозможно, лучшим решением будет подключить GLD-конец разрядника к чему-то существенному или к его собственному высоковольтному концу.
Разъединитель TLA функционирует аналогично блокам распределительного напряжения, однако он должен выдерживать различные нагрузки без срабатывания.Важно отметить, что любой разъединитель, применяемый к разряднику линии электропередачи, должен быть испытан с помощью испытаний TLD с более высоким током в рамках процесса сертификации.Как обсуждалось ранее, поскольку разделительный элемент активируется теплом, если импульс переключения линии передачи имеет достаточную продолжительность или амплитуду, это может вызвать достаточное выделение тепла в GLD для его активации.
Механическая устойчивость разъединителя становится важным фактором при его применении на разрядниках линии электропередачи.Если TLA вводится в эксплуатацию таким образом, что GLD подвергается механическим нагрузкам в течение своего срока службы или находится в конфигурации, которая приводит к периодическим нагрузкам во время ураганов, механическая прочность должна быть известна и должна быть достаточно надежной, чтобы выдерживать такие условия.
Будущие возможности включают в себя:
1. Разъединитель-разъединитель: этого устройства еще не существует, но, возможно, его следует рассмотреть производителям ОПН, поскольку оно может устранить мигание в системе питания в случае перегрузки или отказа ОПН.
2. Разъединитель подстанции: это устройство, устанавливаемое на высоковольтные устройства, которое можно использовать для отключения этого типа разрядников так же, как и для распределительных разрядников.
3. Хорошо видимые разъединители. Часто линейный персонал упускает из виду неисправный ОПН, потому что разъединитель ОПН после срабатывания не заметен.Необходим более четкий визуальный признак перегрузки разрядника, а не просто отсоединение провода заземления от разрядника.
4. GLD для систем с треугольником, незаземленных и заземленных через импеданс: такой GLD должен надежно работать при токе заземления 1 ампер.Это может сделать GLD хранителем гораздо большего количества энергосистем, чем сейчас.
5. GLD для использования на разряднике с внешним разрядником (EGLA) для индикации отказа
6. GLD, который можно вывести и использовать для отключения другого оборудования, которое может дать сбой и привести к длительному отключению системы.
Разъединитель провода заземления, безусловно, является важным вариантом, который следует учитывать при покупке разрядника.Если в системе, к которой оно должно применяться, имеется доступный ток замыкания на землю, то следует рассмотреть возможность использования этого устройства для повышения надежности системы.В частности, если он рассчитан на меньшие токи, он может стать датчиком перегрузки для всех разрядников энергосистемы.
Эта статья является копией из INMR (https://www.inmr.com), не для коммерческого использования, а только для технического обучения и общения.
