Причины перенапряжений в системе были подробно изучены в предыдущих разделах. В принципе, есть два источника: (i) внешние по напряжению из-за главным образом молнии и (ii) внутреннее перенапряжение в основном из-за переключения. Система может быть защищена от внешних перенапряжений с использованием так называемых методов экранирования, которые не позволяют образовать дугообразный путь между линейными проводниками и землей, тем самым обеспечивая присущую защиту линии. Для защиты от внутренних напряжений обычно используются неэкранирующие методы, которые обеспечивают дуговую дорожку между структурой грунта и проводником, но для подавления дуги предусмотрены средства. Использование заземляющего провода является защитным методом, в то время как использование искровых промежутков и разрядников молнии являются неэкранирующими методами. Сначала мы будем изучать неэквивалентные методы, а затем методы защиты. Однако методы не экранирования также могут использоваться для внешних перенапряжений.
Методы неэкранирования основаны на принципе разрушения изоляции, поскольку перенапряжение падает на защитное устройство; тем самым часть энергетического содержания в перенапряжении выгружается на землю через защитное устройство. Пробой изоляции является не только функцией напряжения, но и зависит от времени его применения, а также зависит от формы и размера используемых электродов.
Чем круче форма волны напряжения, тем больше будет величина напряжения, необходимого для пробоя; это связано с тем, что для разрыва любого диэлектрика, будь то газообразного, жидкого или твердого, требуется расход энергии, а энергия требует времени. Критерий энергии для различных изоляций можно сравнить в терминах общего термина, известного как отношение импульсов, которое определяется как отношение пробивного напряжения, обусловленное импульсом определенной формы, к напряжению пробоя на частоте питания. Коэффициент импульсов для сферической щели равен единице, поскольку этот зазор имеет довольно однородное поле, и пробой имеет место при полевом ионизационном явлении главным образом, тогда как для игольчатого зазора он варьируется от 1,5 до 2,3 в зависимости от частоты и длины зазора. Это соотношение выше единицы из-за неоднородного поля между электродами.
Импульсное отношение зазора заданной геометрии и размера больше с твердым, чем с воздушным диэлектриком. Изоляторы должны иметь высокий коэффициент импульсов для экономического проектирования, тогда как разрядники молнии должны иметь низкое отношение импульсов, так что скачок, падающий на разрядник молнии, может быть, пройденным к земле, вместо того, чтобы передавать его на устройство. Вольт-временные характеристики зазоров с одним заземленным электродом зависят от полярности волны напряжения. Из рис.1.10 видно, что вольт-временная характеристика положительной полярности ниже отрицательной полярности, т. е. напряжение пробоя для отрицательного импульса больше, чем для положительного из-за близости заземленного металла или токопроводящих проводников.
Ниже приведены основные требования к защите по перенапряжению:
· Он не должен пропускать какой-либо ток при нормальном или ненормальном (обычно на 5% больше нормального напряжения).
· Он должен разрушаться как можно быстрее после появления аномального высокочастотного напряжения.
· Он должен не только защищать оборудование, для которого он используется, но и должен разряжать импульсный ток, не повреждая себя.
· Он должен прерывать частоту питания, следуя за током, после сброса напряжения на землю.
В основном существуют три типа перенапряжений: ( i ) разрыв стержня, ( ii ) защитная трубка или тип вытеснения молниеотвода, ( iii ) тип клапана грозозащитного разрядника.
Разрыв стержня Этот тип перенапряжения, пожалуй, самый простой, самый дешевый и самый прочный. На рисунке 1.12 показан один такой зазор для втулки выключателя. Это может иметь форму кольца дуги. На рис. 1.13 показаны характеристики пробоя (вольт-время) стержневой щел
Для заданного разрыва и формы волны напряжения время пробоя изменяется примерно обратно пропорционально приложенному напряжению.
Время срабатывания для положительной полярности ниже, чем для отрицательных полярностей. Также установлено, что напряжение перегорания в некоторой степени зависит от длины нижнего (заземленного) стержня. При низких значениях этой длины существует разумная разница между положительным (меньшим значением) и отрицательным напряжением переполнения. Обычно длина промежутка в 1,5-2,0 раза достаточна, чтобы уменьшить эту разницу до разумного количества. Обычно выбранный зазор задается таким образом, что его пробивное напряжение не менее 30% ниже уровня выдерживания напряжения защищаемого оборудования. Несмотря на то, что разрыв стержня является самой дешевой формой защиты, он страдает от основного недостатка, что он не удовлетворяет одному из основных требований молниеотвода, он не прерывает частоту питания, соответствующую току. Таким образом, разрыв стержня обычно используется в качестве резервной защиты.
Тип вытеснения молниеотвода
Улучшением зазора стержня является трубка для выталкивания, которая состоит из (i) наружного по отношению к трубе зазора (1), который достаточно хорош, чтобы выдерживать нормальное напряжение в системе, таким образом, отсутствует вероятность утечки тока по трубе; (ii) трубу, которая имеет волокнистую облицовку на внутренней стороне, которая является материалом с высоким газообразованием; (iii) искровой промежуток (2) в трубке; и (iv) открытое вентиляционное отверстие на нижнем конце для газов, подлежащих удалению (рис. 1.14). Желательно, чтобы пробивное напряжение трубки должно быть ниже, чем пробой изоляции, для которой он используется.
