Аналіз причин вибуху грозозарядника 10кВ з оксиду цинку
1. Аналіз причин вибуху грозозарядника 10кВ з оксиду цинку
В даний час велика кількість розрядників блискавки з оксиду цинку (ZnO) (також званих розрядником перенапруг) для розподілу електроенергії використовується в розподільних мережах 10 кВ, щоб уникнути пошкодження електророзподільного обладнання при перенапрузі блискавки. Під час роботи деякі розрядники з оксиду цинку виходять з ладу через проблеми з якістю та недостатню експлуатацію та технічне обслуговування. Після поломки лінія розподілу 10 кВ підключається до землі через розрядник з оксиду цинку. У цьому випадку несправність ізоляції має бути усунена шляхом відключення електроенергії. Тому надійність електропостачання певною мірою знижується.
1. Аналіз причини несправності розрядника оксиду цинку
Приклад 1: на розподільній лінії 10 кВ сталося замикання на землю. Під час огляду лінії виявлено поломку розрядника з оксиду цинку. Після заміни розрядника з оксиду цинку лінія знову успішно введена в експлуатацію. Після того, як несправний розрядник із оксиду цинку був розібраний, і було виявлено, що його силіконовий гумовий кожух був зламаний, і був очевидний дуговий канал уздовж бічної сторони диска клапана розрядника з оксиду цинку' однак диск клапана' не тріснув і не зламався. Оскільки жоден з дисків клапанів (всього 4) не був зламаний, це означає, що диски клапанів' не зіпсувалися. Якщо він погіршується, що спричиняє поломку розрядника з оксиду цинку, несправність проявляється як вибух диска клапана, а не бічний проблиск. У цьому прикладі між клапанним диском розрядника з оксиду цинку та ізоляційним циліндром є повітряний зазор, і дихання порожнини може легко викликати проникнення вологи. Волога збирається на бічній частині диска клапана, знижуючи міцність ізоляції бічної поверхні. Під дією перенапруги відбувається перемикання вздовж диска клапана, утворюючи дуговий канал.
Приклад 2: Це несправність розрядника з оксиду цинку. Розрядник із оксиду цинку був розібраний, і не виявлено внутрішніх металевих деталей, що піддаються корозії, а також не виявлено розряду всередині дисків клапанів та алюмінієвих напилених поверхонь, а збоку диска клапана виявлено лише дуговий канал. Причина бічного проблиску полягає в тому, що виробник використовує впорскування клею, щоб усунути порожнину між диском запобіжного клапана з оксиду цинку та зовнішнім ізоляційним циліндром. Температура ін'єкції висока,близько 200°С.Через велику різницю в коефіцієнті теплового розширення між ізоляційною глазур'ю та диском клапана, високотемпературне введення клею може спричинити крихітні тріщини в ізоляційній глазурі, що спричинить падіння міцності ізоляції та перемикання під впливом перенапруги.
У вищезгаданих 2 випадках було проаналізовано несправність промивання на стороні клапана. У поєднанні інших випадків несправності вважається, що основними причинами бічного прошивання є i) проникнення вологи через погане ущільнення; (ii) пошкоджена ізоляційна глазур з боку диска клапана; (iii) погана поверхня між диском клапана і зовнішньою ізоляцією, і тому. Ці причини призводять до низької бічної міцності ізоляції. На лінії напругою 10 кВ відбувся поломка клапана та замикання на землю. Під час лінійної перевірки виявлено, що лопнув розрядник із оксиду цинку. Після його заміни лінія знову запрацювала нормально. Після того як несправний розрядник із оксиду цинку був розібраний, його силіконовий гумовий кожух виявили зламаним, два диски клапанів тріснули, а два зламалися на частини; проте слідів бічного проблиску не було помічено. Виходячи з вигляду несправності та характеристик пошкодження диска клапана при різних струмах, було проаналізовано причину пошкодження диска клапана. Розрядник з оксиду цинку був підданий впливу блискавки, через що через диск клапана протікав струм блискавки. Оскільки такий струм блискавки є хвилею імпульсного струму, то щільність струму була дуже великою. Однак імпульсний струм розподіляється нерівномірно в диску клапана. Коли щільність струму імпульсу блискавки в локальному диску клапана перевищує допустиме граничне значення, диск клапана буде зруйнований. Оскільки струм блискавки містить мало енергії, диск клапана, як правило, не розбивається і не вибухає, а лише тріскається. Причина поломки клапанного диска: блискавкорозрядник з оксиду цинку складається з 4 клапанних дисків; за звичайних обставин 4 клапани несуть напругу системи; коли два з них ламаються і псуються, напруга системи подається на решту двох дисків клапанів, що прискорює їх деградацію і в кінцевому підсумку призводить до руйнування дисків клапанів при напрузі частоти живлення.
Через велику енергію джерела живлення частоти живлення диск клапана ламається або вибухає. Згідно з останнім стандартом розрядників з оксиду цинку, розрядники з оксиду цинку повинні витримувати два удари струму блискавки 65 кА (або 40 кА). У системі 10 кВ струм блискавки понад 65 кА (або 40 кА), який неможливо протікати через розрядник з оксиду цинку, не може протікати більше ніж. Це пояснюється тим, що існує два шляхи протікання струму блискавки через розрядник з оксиду цинку: (1) хвиля, що йде вздовж лінії, (2) прямий удар блискавки. Струм блискавки 65 кА (або 40 кА) значно перевищує рівень витримки блискавки лінії 10 кВ, тому неможливо, щоб струм хвилі блискавки, що йде по лінії, перевищував 65 кА (або 40 кА); якщо блискавка вдарить у вежу безпосередньо, струм блискавки може перевищити 65 кА (або 40 кА); це значення значно перевищує рівень опору блискавки опорної вежі 10 кВ, що призведе до перемикання лінії в декількох фазах, міжфазного короткого замикання та швидкого відключення. У цьому випадку несправністю є лише однофазне заземлення лінії без швидкого розриву, тому відбувається прямий удар блискавки. Тому не можна, щоб струм блискавки перевищував 65 кА (або 40 кА). Видно, що причиною несправності розрядника з оксиду цинку є: розрядник з оксиду цинку має погану здатність витримувати імпульс блискавки; два з них розриваються під дією струму блискавки, в результаті чого решта дисків клапанів, що залишилися, розриваються, а сорочка лопається.
2. Протиаварійні заходи
Пропонуються наступні контрзаходи для запобігання поганим бічним спалахам та енерговитримкості дисків розподільних клапанів із оксиду цинку 10 кВ:
1) Заздалегідь перевіряйте розрядники з оксиду цинку та регулярно вимірюйте струми витоку U мА та 0,75 U mA розрядників із оксиду цинку, щоб виявити, чи вони зіпсовані чи зволожені, та ефективно впоратися з ними якомога швидше.
2) Укажіть вимоги щодо можливості запобігання бічних проблисків дисків розрядника з оксиду цинку в технічних характеристиках. Між диском клапана та ізоляційним циліндром має бути безповітряна структура, а також повинні бути визначені чіткі вимоги до рівня термостійкості ізоляційної глазурі.
3) Необхідна потужність високострумової імпульсної стійкості диска клапана становить 65 кА (ця здатність відображає енергетичну здатність диска клапана).
4) Вибирайте виробників з хорошою якістю продукції та хорошою репутацією.
3. Висновок
Основною причиною виходу з ладу розподільних розрядників оксиду цинку напругою 10 кВ в роботі є бічне промивання диска клапана, що пов’язано з поганим ущільненням, пошкодженим ізоляційним склінням диска клапана, а також поганим інтерфейсом між диском клапана та зовнішнім ізоляція. Щоб підвищити надійність роботи розрядника з оксиду цинку, при виборі розрядника слід забезпечити можливість запобігання бічних проблисків і якість диска клапана, а також провести пробний запуск в експлуатацію.