Para-raios de óxido de zinco

Para-raios de óxido de zincoé umpara-raiosCom bom desempenho de proteção.

Opara-raios de óxido de zincoé o protetor de sobretensão mais avançado do mundo. Isso se deve à incorporação de óxido de zinco.detentorIsso permite uma melhoria nas características de tensão-corrente do disco resistivo e um aumento na capacidade de condução de corrente em situações de sobretensão, o que representa uma melhoria drástica em comparação com o carbeto de silício convencional.presosSob tensão operacional normal, a corrente através do para-raios é de apenas um microampère. Quando odetentorEm situações de tensão média, as excelentes características não lineares do para-raios aumentarão a corrente através dele milhares de vezes.detentorEncontra-se em estado condutor e liberará a energia de sobretensão para a terra, protegendo assim os equipamentos de transmissão de energia contra os efeitos da sobretensão.

para-raios de óxido de zincoÉ um novo tipo de para-raios desenvolvido na década de 1970, composto principalmente por varistores de óxido de zinco. Cada varistor possui uma determinada tensão de comutação (chamada tensão do varistor) desde sua fabricação. Sob a tensão normal de operação (ou seja, inferior à tensão do varistor), o valor do varistor é muito alto, o que equivale ao estado de isolamento. Porém, sob uma tensão de impacto (superior à tensão do varistor), o varistor entra em ruptura com um valor baixo, o que equivale ao estado de curto-circuito. Contudo, após ser atingido por um impacto, o varistor pode restaurar o estado de isolamento; quando a tensão acima do varistor é removida, ele retorna ao estado de alta resistência. Portanto, se o para-raios de óxido de zinco for instalado na linha de energia, quando um raio atingir a rede elétrica, a alta tensão da onda de choque causará a ruptura do varistor, permitindo que a corrente do raio flua através do varistor para o solo. A tensão na linha de energia pode ser controlada dentro de uma faixa segura, de forma a proteger a segurança dos equipamentos elétricos.

Sete características do para-raios de óxido de zinco:

Capacidade de fluxo

Isso se reflete principalmente na capacidade do para-raios de absorver todos os tipos de sobretensão atmosférica, sobretensão transitória de frequência da rede elétrica e sobretensão operacional.

Propriedades protetoras

O para-raios de óxido de zinco é utilizado para proteger diversos tipos de equipamentos elétricos em sistemas de energia contra danos causados ​​por sobretensão, apresentando excelente desempenho de proteção. Devido às excelentes características voltamétricas não lineares da placa de óxido de zinco, que permite a passagem de apenas algumas centenas de microamperes de corrente sob a tensão normal de operação, é fácil projetar uma estrutura sem entreferro, o que lhe confere características de bom desempenho de proteção, leveza e tamanho reduzido. Quando ocorre uma sobretensão, a corrente que flui através da placa de óxido de zinco aumenta rapidamente, limitando a amplitude da sobretensão e liberando a energia excedente. Após esse processo, a placa de óxido de zinco retorna ao seu estado de alta resistência, permitindo que o sistema de energia volte a funcionar normalmente.

O desempenho de vedação

Componentes de para-raios com bom desempenho de envelhecimento, boa estanqueidade ao ar de revestimento composto de alta qualidade, utilizando controle de compressão do anel de vedação e selante revestido, entre outras medidas, revestimento cerâmico como material de vedação, para garantir uma vedação confiável, de modo que o desempenho do para-raios seja estável.

Propriedades mecânicas de

Os três fatores a seguir são os principais considerados: a força sísmica a ser suportada;

Pressão máxima do vento no para-raios;

A parte superior do para-raios suporta a tensão máxima permitida do fio.

Propriedade de descontaminação

O para-raios de óxido de zinco sem gap apresenta alta resistência à poluição.

A distância de fuga específica estipulada pela norma nacional é: Área poluída de classe II: distância de fuga específica de 20 mm/kV;

Área de poluição pesada Classe III: distância de fuga específica de 25 mm/kV;

Área de classe IV com poluição extremamente elevada: distância de fuga específica de 31 mm/kV.

Alta confiabilidade operacional

A confiabilidade da operação a longo prazo depende da qualidade dos produtos e da seleção criteriosa dos mesmos. A qualidade do produto é influenciada principalmente pelos seguintes três aspectos: a racionalidade da estrutura geral do para-raios; as características voltamétricas e a resistência ao envelhecimento da válvula de óxido de zinco; e o desempenho de vedação do para-raios.

tolerância à frequência da rede elétrica

Devido a fatores no sistema de energia, como aterramento monofásico, efeito capacitivo de longa distância e rejeição de carga, entre outros, podem ocorrer aumentos na tensão de frequência da rede ou sobretensões transitórias de alta amplitude. Para isso, o para-raios precisa suportar um certo tempo de elevação da tensão de frequência da rede por um determinado período.

Função

Cada tipo de para-raios possui suas próprias vantagens e características, e precisa ser utilizado em diferentes ambientes para alcançar um bom efeito de isolamento. Sob a tensão nominal, o para-raios se comporta como um isolante e não exerce nenhuma função. Em caso de crise ou sobretensão, o para-raios entra em ação e conduz a corrente para o solo, protegendo eficazmente os equipamentos elétricos.

Classificação

De acordo com o nível de tensão

Os para-raios de óxido de zinco são classificados de acordo com o valor da tensão nominal e podem ser divididos em três categorias:

Categoria de alta tensão: Refere-se à série de para-raios de óxido de zinco acima de 66 kV, que podem ser divididos em sete classes: 1000 kV, 750 kV, 500 kV, 330 kV, 220 kV, 110 kV e 66 kV.

Categoria de média tensão: Refere-se aos produtos da série de para-raios de óxido de zinco na faixa de 3kV a 66kV (excluindo os produtos da série de 66kV), que podem ser divididos em quatro níveis de tensão: 3kV, 6kV, 10kV e 35kV.

Categoria de baixa tensão: Refere-se aos produtos da série de para-raios de óxido de zinco abaixo de 3 kV (excluindo os produtos da série de 3 kV), que podem ser divididos em quatro níveis de tensão: 1 kV, 0,5 kV, 0,38 kV e 0,22 kV.

De acordo com a corrente de descarga nominal

De acordo com a corrente de descarga nominal, os para-raios de óxido de zinco podem ser divididos em cinco classes: 20, 10, 5, 2,5 e 1,5 kA.

De acordo comusar

Os para-raios de óxido de zinco podem ser divididos em sete tipos de acordo com sua aplicação: tipo circuito de sistema, tipo usina elétrica, tipo distribuição de sistema, tipo proteção de banco de capacitores de compensação shunt, tipo ferrovia eletrificada, tipo motor e ponto neutro do motor, tipo ponto neutro do transformador.

De acordo com a estrutura

Os para-raios de óxido de zinco podem ser divididos em duas categorias de acordo com sua estrutura.

Os para-raios de óxido de zinco podem ser divididos em quatro classes de acordo com seu desempenho de resistência à poluição. A classe I é o tipo comum, a classe II é usada em áreas com poluição média (distância de fuga específica de 20 mm/kV), a classe III é usada em áreas com alta poluição (distância de fuga específica de 25 mm/kV) e a classe III é usada em áreas com poluição extremamente alta (distância de fuga específica de 31 mm/kV).

Revestimento composto: o para-raios de óxido de zinco com revestimento composto é feito de material de borracha de silicone composta como revestimento, e a seleção de uma folha resistente a óxido de zinco de alto desempenho, com estrutura interna especial, montada por tecnologia avançada, possuindo as vantagens duplas do material de borracha de silicone e da folha resistente a óxido de zinco. Além de todas as vantagens do para-raios de óxido de zinco de porcelana, a série de produtos apresenta bom desempenho de isolamento, alta resistência à poluição, bom desempenho à prova de explosão e vantagens como tamanho pequeno, leveza, ausência de manutenção, baixa propensão a danos, vedação confiável, excelente resistência ao envelhecimento e outras.

De acordo com o desempenho da estrutura

O para-raios de óxido de zinco pode ser dividido em três tipos de acordo com a estrutura e o desempenho: sem folga (W), com folga em série (C) e com folga em paralelo (B).

1. No passado, a seleção e as desvantagens dos para-raios consideravam apenas a sobretensão de operação e os níveis de sobretensão atmosférica.

A norma nacional estipula que a tensão no terminal de alimentação do sistema deve ser ligeiramente superior a K vezes a tensão nominal (ou tensão de referência) Un do sistema, ou seja, K = Um/Un (onde Um é a tensão máxima do sistema). O isolamento dos equipamentos elétricos deve ser capaz de operar por um longo período sob a tensão Un. O valor de K para sistemas de 220 kV e inferiores é 1,15, e para sistemas de 330 kV e superiores, K = 1,1. Os princípios mencionados acima também são observados na fase inicial do projeto do para-raios.

2. Seleção e necessidade de para-raios para garantir a operação sob sobretensão de aterramento monofásica e a segurança do sistema de energia.

Do ponto de vista da segurança operacional, a seleção da tensão nominal do para-raios também deve obedecer aos seguintes princípios:

(1) A tensão nominal do para-raios de óxido de zinco deve ser superior à tensão transitória de frequência da rede que pode aparecer na sua instalação. Em sistemas de aterramento neutro de 110 kV e superiores, pode ser selecionada de acordo com o método acima.

(2) Em sistemas de aterramento indireto de neutro de 110 kV e abaixo, as normas do departamento de energia elétrica permitem o funcionamento em condições de aterramento monofásico por 2 horas, e às vezes até mesmo em casos de sobretensão intermitente de aterramento gerada por arco voltaico, o funcionamento por mais de 2 horas para detecção de falhas. Nesse tipo de sistema, a operação segura de para-raios de óxido de zinco sob tensão nominal de 10 s representa uma séria ameaça. Além disso, a estrutura e o projeto dos para-raios de óxido de zinco e dos para-raios de SiC são diferentes (estes últimos possuem um gap para extinção do arco, enquanto os primeiros não possuem gap ou possuem apenas um gap de separação), de modo que, na prática, os para-raios de óxido de zinco podem sofrer colapso térmico e até mesmo acidentes graves com explosão. Diante dessa situação, muitas agências de fornecimento de energia e institutos de projeto de energia elétrica propuseram diversos valores de tensão nominal (como 14,4 kV, 14,7 kV, etc.) de acordo com as condições da rede elétrica local. Nos testes de carga de diversos documentos de discussão de normas nacionais, a tolerância à tensão nominal de 10 s foi aumentada para 1,2 a 1,3 vezes, de modo que o A adaptabilidade do para-raios de óxido de zinco ao sistema de aterramento indireto do ponto neutro é aprimorada.

Devido à baixa tensão nominal do para-raios de óxido de zinco, ele funcionará sob sobretensão de aterramento monofásica ou mesmo sob múltiplas sobretensões transitórias. O Departamento de Supervisão de Segurança e Coordenação da Produção do Ministério da Eletricidade propôs a revisão do para-raios já no 17º boletim de segurança, datado de 30 de outubro de 1993.

No período de transição entre o anúncio e a revisão da nova norma, as seguintes regras de projeto são propostas para a seleção da tensão nominal e da tensão de operação contínua do para-raios de óxido de zinco em sistemas com neutro não aterrado: a tensão nominal é de 1,2 a 1,3 vezes a tensão de extinção de arco do para-raios de referência de SiC, e a tensão de operação contínua é a tensão de linha mais alta do sistema em operação.

Como não existe um padrão unificado para os dados básicos acima mencionados, haverá discrepâncias entre o fabricante do para-raios e o usuário no projeto e na fabricação.

3. Implementar a edição de 2000 da nova norma, garantindo uma seleção segura e adequada do para-raios.

Na nova norma chinesa de 2000 (GB11032-2000), o princípio da seleção da tensão nominal acima de 1,2 a 1,3 vezes a tensão nominal foi reconhecido, mas a seleção da tensão de operação contínua apresenta uma nova disposição: a partir da reflexão da vida útil do para-raios de 1,5 Un//U1mA como valor de referência, a tensão de operação contínua do para-raios é selecionada (projetada). Com o nível de projeto e fabricação dos para-raios nacionais, o valor geral é de 80%, portanto, a tensão de operação contínua selecionada é 0,8 vezes a tensão nominal. Isso é corroborado pela região de baixa corrente da curva voltamétrica.

Portanto, na prática, o nível de sobretensão de 1 hora de operação com aterramento monofásico deve ser levado em consideração ao realizar cálculos de simulação de acordo com condições específicas ou ao selecionar o para-raios com base na experiência e prática. No entanto, existem muitos valores de tensão nominal ligeiramente diferentes dos valores acima mencionados nos contratos técnicos dos usuários e até mesmo nos desenhos dos institutos de projeto de energia, que considero desnecessários (como 16,5 kV e 16,7 kV em 10 kV, etc.). A razão é que, no processo real de projeto do para-raios, o valor da tensão nominal na curva volt-ampère está na área de baixa corrente, que é menor que o valor U1mAAC, a busca por diferenças sutis não pode ser alcançada no projeto real do para-raios; Além disso, conforme discutido a seguir, de acordo com os requisitos da nova norma nacional, deve-se selecionar o para-raios para uso seguro sob a sobretensão permitida (isso se refere ao sistema sem aterramento).

4. Seleção científica de para-raios de óxido de zinco não aterrado de acordo com a nova norma de 2000.

(1) A tensão nominal deve ser selecionada e projetada de acordo com o valor máximo efetivo da tensão de frequência da rede elétrica permitida aplicada aos terminais do para-raios, de modo que ele possa funcionar corretamente sob a sobretensão transitória determinada no teste de carga de ação especificado. A tensão de operação contínua deve ser selecionada para permitir um valor RMS constante entre os terminais do para-raios. Nesse momento, a tensão de descarga de frequência da rede elétrica deve ser suficientemente alta para evitar a operação do isolamento do equipamento protegido sob sobretensão de operação sem proteção e prolongar a vida útil, e o nível real da taxa de carga e da tensão residual do para-raios de óxido de zinco fabricado na China devem ser levados em consideração.

(2) Quando a tensão de frequência da rede elétrica aumentar significativamente ou a tensão de teste de isolamento do equipamento for maior, deve-se selecionar um para-raios de óxido de zinco com tensão nominal mais alta. A tensão de referência de frequência da rede elétrica deve ser igual ou superior à tensão nominal. Esses dois pontos nos novos requisitos da norma NACIONAL são melhor atendidos, e o cálculo a seguir também pode ser usado para atender aos requisitos de sobretensão. Os requisitos da norma nacional garantem a operação de aterramento monofásico por 2 horas sem intervenção. No caso mais grave, quando o aterramento monofásico e a rejeição de carga ocorrem simultaneamente, a sobretensão máxima possível calculada teoricamente é de 1,99 vezes, e a tensão de operação contínua admissível UC (valor eficaz) do para-raios de óxido de zinco é selecionada da seguinte forma:

A tensão nominal (Ur≈1,25 UC) foi selecionada de acordo com a taxa de carregamento padrão nacional de 0,8, atendendo a todos os requisitos. Se o aterramento do arco e a sobretensão ressonante com alta probabilidade de escape forem usados, a tensão nominal deverá atender a: pressione novamente?=0,8 Selecione a tensão de operação contínua, que também atende aos requisitos.

Em resumo, a principal dificuldade na seleção de um para-raios é determinar a extensão da sobretensão temporária. É necessário garantir uma operação segura e precisa sob altas sobretensões operacionais e atmosféricas, e assegurar que a placa da válvula não opere sob sobretensão temporária.

Atualmente, a seleção e o projeto do para-raios devem garantir que o para-raios de óxido de zinco de sobretensão máxima do sistema não funcione com aterramento monofásico de 2 horas, caso contrário, o para-raios de óxido de zinco poderá sofrer colapso térmico ou até mesmo explosão.

Portanto, é apropriado selecionar o sistema sem aterramento de acordo com os novos requisitos.

Mas, em um dispositivo de capacitor aterrado com bobina de supressão de arco, a sobretensão de aterramento será muito menor. Assim, pode-se escolher um valor baixo, de acordo com o cálculo prático de simulação da tensão nominal e da tensão de operação contínua, para que o para-raios de óxido de zinco atue sob uma sobretensão de operação menor, protegendo o capacitor. Caso isso não seja conveniente, também é possível optar por um sistema sem aterramento.

Como o isolamento do polo do capacitor em relação ao terra foi considerado adequado para atender aos requisitos de aterramento monofásico de 2h.

Operando com tensão inferior à nominal, o para-raios não funciona e não causa danos por sobretensão ao capacitor.

Em suma, isso ocorre porque as placas de válvulas de óxido de zinco em série, sem folga, são conectadas diretamente em série. Os resistores do para-raios de óxido de zinco não suportam sobretensões superiores a 1,99 vezes, o que é causado pela tensão de referência do arco de SiC. A tensão nominal do para-raios de óxido de zinco escolhida não atende aos requisitos, o que inevitavelmente compromete a segurança do dispositivo. Não existem dados de simulação que comprovem isso.

O valor recomendado, que reflete o espírito da norma nacional, é mais adequado porque atende aos requisitos de limite.