مانع تسرب أكسيد الزنك

مانع تسرب أكسيد الزنكهومانع الصواعقمع أداء حماية جيد.

المانع تسرب أكسيد الزنكيُعدّ هذا الجهاز الأكثر تطوراً في العالم لحماية الأجهزة من زيادة الجهد الكهربائي. ويعود ذلك إلى احتوائه على أكسيد الزنك.مانع الاحتراقيسمح هذا، باعتباره قرص مقاومة أساسي، بتحسين خصائص الفولت-أمبير لقرص المقاومة وزيادة قدرة التيار المار في حالات الجهد الزائد، وهو تحسن كبير مقارنةً بكربيد السيليكون التقليدي.معتقلونفي ظل جهد التشغيل العادي، لا يتجاوز التيار المار عبر مانع الصواعق ميكرو أمبير واحد. عندمامانع الاحتراقفي حالة وجود جهد متوسط، ستؤدي الخصائص غير الخطية الممتازة إلى زيادة التيار المار عبر مانع الصواعق عدة آلاف من المرات.مانع الاحتراقيكون في حالة التوصيل وسيقوم بإطلاق طاقة الجهد الزائد إلى الأرض وبالتالي حماية معدات نقل الطاقة من آثار الجهد الزائد.

مانع تسرب أكسيد الزنكهو نوع جديد من مانعات الصواعق طُوِّر في سبعينيات القرن الماضي، ويتكون أساسًا من مقاومات أكسيد الزنك المتغيرة. لكل مقاومة جهد تشغيل خاص بها (يُسمى جهد المقاومة المتغيرة) منذ تصنيعها. عند جهد التشغيل العادي (أي أقل من جهد المقاومة المتغيرة)، تكون قيمة المقاومة المتغيرة عالية جدًا، ما يُعادل حالة العزل. ولكن عند جهد الصدمة (أعلى من جهد المقاومة المتغيرة)، تنهار المقاومة المتغيرة عند قيمة منخفضة، ما يُعادل حالة قصر الدائرة. مع ذلك، بعد تعرض المقاومة المتغيرة للصدمة، يمكنها استعادة حالة العزل؛ وعند انخفاض الجهد عن جهد المقاومة المتغيرة، تعود إلى حالة المقاومة العالية. لذلك، إذا تم تركيب مانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك على خط نقل الطاقة، فعند حدوث صاعقة، يتسبب الجهد العالي لموجة الصاعقة في انهيار المقاومة المتغيرة، ويتدفق تيار الصاعقة عبر المقاومة المتغيرة إلى الأرض. يمكن التحكم في الجهد الكهربائي على خط الطاقة ضمن نطاق آمن، وذلك لحماية سلامة المعدات الكهربائية.

سبع خصائص لمانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك:

سعة التدفق

ويتجلى ذلك بشكل أساسي في قدرة مانع الصواعق على امتصاص جميع أنواع الجهد الزائد الناتج عن الصواعق، والجهد الزائد العابر لتردد الطاقة، والجهد الزائد أثناء التشغيل.

خصائص المنتج

يُستخدم مانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك لحماية جميع أنواع المعدات الكهربائية في أنظمة الطاقة من أضرار الجهد الزائد، ويتميز بأداء حماية ممتاز. بفضل خصائص الفولتامترية غير الخطية الممتازة لصفائح صمام أكسيد الزنك، لا يمر سوى بضع مئات من الميكروأمبيرات من التيار تحت جهد التشغيل العادي، مما يسهل تصميم هيكل بدون فجوة، وبالتالي يتميز بأداء حماية ممتاز، ووزن خفيف، وحجم صغير. عند حدوث جهد زائد، يزداد التيار المار عبر صفيحة الصمام بسرعة، مما يحد من سعة الجهد الزائد ويحرر طاقته. بعد ذلك، تعود صفيحة صمام أكسيد الزنك إلى حالة المقاومة العالية لضمان استمرار عمل نظام الطاقة بشكل طبيعي.

أداء منع التسرب

مكونات مانع الصواعق ذات أداء جيد في مقاومة التقادم، وطبقة مركبة عالية الجودة محكمة الإغلاق، باستخدام التحكم في ضغط حلقة الختم ومادة مانعة للتسرب مطلية وغيرها من التدابير، والطبقة الخزفية كمادة مانعة للتسرب، لضمان إحكام الغلق الموثوق به، وبالتالي يكون أداء مانع الصواعق مستقرًا.

الخواص الميكانيكية لـ

تُؤخذ العوامل الثلاثة التالية في الاعتبار بشكل أساسي: قوة الزلزال التي يجب تحملها؛

أقصى ضغط للرياح على مانع التسرب؛

يتحمل الجزء العلوي من مانع الصواعق أقصى شد مسموح به للسلك.

موقع تطهير

يتميز مانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك بدون فجوة بمقاومة عالية للتلوث.

المسافة المحددة للزحف المنصوص عليها في المعيار الوطني هي: منطقة متوسطة التلوث من الفئة الثانية: مسافة الزحف المحددة 20 مم / كيلو فولت؛

منطقة التلوث الشديد من الفئة الثالثة: مسافة الزحف المحددة 25 مم / كيلو فولت؛

الفئة الرابعة منطقة شديدة التلوث للغاية: مسافة الزحف المحددة 31 مم / كيلو فولت.

موثوقية تشغيلية عالية

تعتمد موثوقية التشغيل على المدى الطويل على جودة المنتجات واختيارها بشكل مناسب. وتؤثر ثلاثة جوانب رئيسية على جودة المنتج، وهي: مدى منطقية الهيكل العام لمانع الصواعق؛ والخصائص الفولتامترية ومقاومة التآكل لصمام أكسيد الزنك؛ وأداء منع التسرب لمانع الصواعق.

مدى تحمل تردد الطاقة

بسبب نظام الطاقة مثل التأريض أحادي الطور، وتأثير سعة الخط الطويل، ورفض الحمل، وأسباب أخرى، سيؤدي ذلك إلى زيادة جهد تردد الطاقة أو إنتاج جهد زائد عابر عالي السعة، فإن مانع الصواعق لديه وقت معين لتحمل ارتفاع جهد تردد الطاقة.

وظيفة

لكل نوع من أنواع مانعات الصواعق مزاياه وخصائصه الخاصة، ولذا يجب استخدامه في بيئات مختلفة لتحقيق عزل جيد. عند الجهد المقنن، يكون مانع الصواعق بمثابة عازل ولا يقوم بأي وظيفة. أما في حالة حدوث أزمة أو ارتفاع في الجهد، فسيعمل مانع الصواعق على توجيه التيار إلى الأرض لحماية معدات الطاقة بشكل فعال.

تصنيف

حسب مستوى الجهد

تُصنف مانعات الصواعق المصنوعة من أكسيد الزنك وفقًا لقيمة الجهد المقنن، ويمكن تقسيمها إلى ثلاث فئات:

فئة الجهد العالي: تشير إلى سلسلة مانعات الصواعق المصنوعة من أكسيد الزنك التي تزيد عن 66 كيلو فولت، والتي يمكن تقسيمها تقريبًا إلى سبع درجات: 1000 كيلو فولت، 750 كيلو فولت، 500 كيلو فولت، 330 كيلو فولت، 220 كيلو فولت، 110 كيلو فولت، و 66 كيلو فولت.

فئة الجهد المتوسط: تشير إلى منتجات سلسلة مانعات الصواعق المصنوعة من أكسيد الزنك في نطاق 3 كيلو فولت إلى 66 كيلو فولت (باستثناء منتجات سلسلة 66 كيلو فولت)، والتي يمكن تقسيمها تقريبًا إلى أربعة مستويات جهد: 3 كيلو فولت، 6 كيلو فولت، 10 كيلو فولت، و35 كيلو فولت.

فئة الجهد المنخفض: تشير إلى منتجات سلسلة مانعات الصواعق المصنوعة من أكسيد الزنك التي تقل عن 3 كيلو فولت (باستثناء منتجات سلسلة 3 كيلو فولت)، والتي يمكن تقسيمها تقريبًا إلى أربعة مستويات جهد: 1 كيلو فولت، 0.5 كيلو فولت، 0.38 كيلو فولت، و0.22 كيلو فولت.

وفقًا لتيار التفريغ الاسمي

وفقًا لتيار التفريغ الاسمي، يمكن تقسيم مانعات الصواعق المصنوعة من أكسيد الزنك إلى خمس فئات: 20، 10، 5، 2.5، 1.5 كيلو أمبير.

وفقيستخدم

يمكن تقسيم مانعات الصواعق المصنوعة من أكسيد الزنك إلى سبعة أنواع حسب استخدامها: نوع دائرة النظام، ونوع محطة طاقة النظام، ونوع توزيع النظام، ونوع حماية بنك مكثف التعويض التفرعي، ونوع السكك الحديدية المكهربة، ونوع نقطة التعادل للمحرك، ونوع نقطة التعادل للمحول.

وفقًا للهيكل

يمكن تقسيم مانعات الصواعق المصنوعة من أكسيد الزنك إلى فئتين وفقًا لهيكلها.

يمكن تقسيم مانعات الصواعق المصنوعة من أكسيد الزنك إلى أربع درجات وفقًا لأداء مقاومتها للتلوث. الفئة 1 هي النوع الشائع، والفئة 2 تُستخدم في المناطق ذات التلوث المتوسط ​​(مسافة الزحف المحددة 20 مم/كيلوفولت)، والفئة 3 تُستخدم في المناطق ذات التلوث الشديد (مسافة الزحف المحددة 25 مم/كيلوفولت)، والفئة 3 تُستخدم في المناطق ذات التلوث الشديد للغاية (مسافة الزحف المحددة 31 مم/كيلوفولت).

الطلاء المركب: يتكون مانع الصواعق ذو الطلاء المركب من أكسيد الزنك من مادة مطاط السيليكون المركبة كطبقة خارجية، مع اختيار صفائح مقاومة عالية الأداء من أكسيد الزنك، واستخدام بنية داخلية خاصة، وتجميعه بتقنية متقدمة، مما يمنحه مزايا مزدوجة لمادة مطاط السيليكون وصفائح مقاومة أكسيد الزنك. بالإضافة إلى جميع مزايا مانع الصواعق الخزفي المصنوع من أكسيد الزنك، تتميز هذه السلسلة من المنتجات بأداء عزل جيد، ومقاومة عالية للتلوث، وأداء جيد في مقاومة الانفجار، وحجم صغير، ووزن خفيف، ولا يحتاج إلى صيانة، ولا يتلف بسهولة، ويتميز بإحكام إغلاق موثوق، ومقاومة ممتازة للتقادم، وغيرها من المزايا.

وفقًا لأداء الهيكل

يمكن تقسيم مانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك إلى ثلاثة أنواع وفقًا للهيكل والأداء: بدون خلوص (W)، مع خلوص متسلسل (C)، مع خلوص متوازي (B).

1. في الماضي، كان اختيار مانعات الصواعق وعيوبها يعتمد فقط على مستويات الجهد الزائد التشغيلي ومستويات الجهد الزائد الناتج عن الصواعق.

ينص المعيار الوطني على أن يكون جهد طرف التغذية الكهربائية للنظام أعلى بقليل من قيمة K مضروبة في الجهد الاسمي (أو الجهد المقنن) Un للنظام، أي K = Um/Un (حيث Um هو أعلى جهد في النظام). يجب أن يكون عزل المعدات الكهربائية قادرًا على العمل لفترة طويلة عند قيمة Un. تبلغ قيمة K للأنظمة ذات جهد 220 كيلوفولت وما دونه 1.15، بينما تبلغ 1.1 للأنظمة ذات جهد 330 كيلوفولت وما فوق. وتُراعى المبادئ المذكورة أعلاه أيضًا في المرحلة الأولية لتصميم مانع الصواعق.

2. اختيار مانع الصواعق وضرورته لضمان التشغيل في ظل زيادة الجهد الأرضي أحادي الطور وسلامة نظام الطاقة

من منظور التشغيل الآمن، يجب أن يتوافق اختيار الجهد المقنن لمانع الصواعق مع المبادئ التالية:

(1) يجب أن يكون الجهد المقنن لمانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك أعلى من جهد التردد العابر الذي قد يظهر عند تركيبه. في نظام التأريض المحايد بجهد 110 كيلو فولت وما فوق، يمكن اختياره وفقًا للطريقة المذكورة أعلاه.

(2) في أنظمة التأريض غير المباشر للخط المحايد بجهد 110 كيلوفولت وما دونه، تسمح لوائح إدارة الطاقة الكهربائية بتشغيل مانع الصواعق أحادي الطور لمدة ساعتين، وأحيانًا حتى لأكثر من ساعتين في حالة حدوث تأريض متقطع للقوس الكهربائي، وذلك لتحديد العطل. تشكل خصائص تشغيل هذا النوع من الأنظمة، عند التشغيل الآمن لمانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك تحت جهد مقنن لمدة 10 ثوانٍ، تهديدًا خطيرًا. كما أن بنية مانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك تختلف عن بنية مانع الصواعق المصنوع من كربيد السيليكون (حيث أن الأخير يحتوي على فجوة لإخماد القوس الكهربائي، بينما الأول لا يحتوي على فجوة أو يحتوي فقط على فجوة فاصلة)، مما يؤدي عمليًا إلى انهيار حراري لمانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك، بل وحتى حوادث انفجار خطيرة. في مواجهة هذا الوضع، اقترحت العديد من هيئات إمداد الطاقة ومعاهد تصميم الطاقة الكهربائية أنواعًا عديدة من قيم الجهد المقنن (مثل 14.4 كيلوفولت، 14.7 كيلوفولت، إلخ) وفقًا لظروف شبكة الطاقة المحلية. في اختبار حمل التشغيل في العديد من أوراق مناقشة المعايير الوطنية، تم زيادة تحمل الجهد المقنن لمدة 10 ثوانٍ إلى 1.2 ~ 1.3 مرات، بحيث يتم تحسين قابلية تكيف مانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك مع نظام التأريض غير المباشر للنقطة المحايدة.

نظراً لانخفاض الجهد المقنن لمانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك، سيعمل المانع تحت تأثير جهد زائد ناتج عن تأريض أحادي الطور أو حتى تحت تأثير العديد من الجهود الزائدة العابرة. وقد اقترحت إدارة الإشراف على السلامة وتنسيق الإنتاج التابعة لوزارة الكهرباء مراجعة مانع الصواعق في وقت مبكر من النشرة الأمنية السابعة عشرة بتاريخ 30 أكتوبر 1993.

في الفترة الانتقالية بين الإعلان عن المعيار الجديد ومراجعته، تُقترح قواعد التصميم التالية لاختيار الجهد المقنن وجهد التشغيل المستمر لمانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك في النظام غير المؤرض ذي الخط المحايد: يكون الجهد المقنن 1.2-1.3 ضعف جهد إخماد القوس الكهربائي المرجعي لمانع الصواعق المصنوع من كربيد السيليكون، ويكون جهد التشغيل المستمر هو أعلى جهد خطي لتشغيل النظام.

نظراً لعدم وجود معيار موحد للبيانات الأساسية المذكورة أعلاه، فسيكون هناك تباين بين الشركة المصنعة لمانع الصواعق والمستخدم في التصميم والتصنيع.

3- تطبيق النسخة الجديدة لعام 2000 من المعيار الجديد، والاختيار الآمن والمعقول لمانع الصواعق في الواقع

في المعيار الصيني الجديد لعام 2000 (GB11032-2000)، تم اعتماد مبدأ اختيار الجهد المقنن أعلى من 1.2-1.3 مرة، ولكن تم وضع بند جديد لاختيار جهد التشغيل المستمر: بناءً على عمر خدمة مانع الصواعق عند 1.5Un//U1mA كقيمة مرجعية لاختيار (تصميم) جهد التشغيل المستمر لمانع الصواعق. ونظرًا لمستوى تصميم وتصنيع مانعات الصواعق المحلية، فإن القيمة العامة تبلغ 80%، لذا يتم اختيار جهد التشغيل المستمر عند 0.8 مرة من الجهد المقنن. ويدعم ذلك منطقة التيار المنخفض في منحنى الفولتامترية.

لذا، عمليًا، ينبغي مراعاة مستوى الجهد الزائد لتشغيل التأريض أحادي الطور لمدة ساعة واحدة عند إجراء حسابات المحاكاة وفقًا لظروف محددة أو عند اختيار مانع الصواعق بناءً على الخبرة والممارسة. مع ذلك، توجد العديد من قيم الجهد المقنن التي تختلف اختلافًا طفيفًا عن القيم المذكورة أعلاه في الاتفاقيات الفنية للمستخدمين، وحتى في رسومات معاهد تصميم الطاقة، وهو ما أراه غير ضروري (مثل 16.5 كيلو فولت و16.7 كيلو فولت في 10 كيلو فولت، وما إلى ذلك). والسبب هو أنه في عملية التصميم الفعلية لمانع الصواعق، تقع قيمة الجهد المقنن في منحنى الفولت-أمبير في منطقة التيار المنخفض، وهي أقل من قيمة U1mAAC، وبالتالي لا يمكن تحقيق هذا الاختلاف الطفيف في التصميم الفعلي لمانع الصواعق. إضافةً إلى ذلك، من خلال المناقشة التالية، ووفقًا لمتطلبات المعيار الوطني الجديد، يجب اختيار مانع الصواعق للاستخدام الآمن في ظل الجهد الزائد المسموح به (وهذا يشير إلى النظام غير المؤرض).

4. الاختيار العلمي لمانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك غير المؤرض وفقًا للمعيار الجديد لعام 2000

(1) يجب اختيار وتصميم الجهد المقنن وفقًا لأقصى قيمة فعالة لجهد تردد الطاقة المسموح به والمطبق على أطراف مانع الصواعق، بحيث يعمل بشكل صحيح تحت تأثير الجهد الزائد العابر المحدد في اختبار حمل التشغيل المحدد. يجب اختيار جهد التشغيل المستمر بحيث يسمح بقيمة جذر متوسط ​​تربيعي ثابتة بين أطراف مانع الصواعق. في هذه الحالة، يجب أن يكون جهد تفريغ تردد الطاقة مرتفعًا بما يكفي لتجنب تشغيل عزل المعدات المحمية تحت تأثير جهد التشغيل الزائد بدون حماية، ولإطالة عمر الخدمة، ويجب مراعاة المستوى الفعلي لمعدل الشحن والجهد المتبقي لمانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك في الصين.

(2) في حال ارتفاع جهد تردد الطاقة بشكل ملحوظ أو ارتفاع جهد اختبار عزل المعدات، يجب اختيار مانع الصواعق ذي الجهد المقنن الأعلى. ويجب أن يكون جهد مرجع تردد الطاقة مساويًا أو أكبر من الجهد المقنن. وبالنظر إلى هذين الشرطين في متطلبات المعيار الوطني الجديد، يمكن أيضًا إيجاد حسابات لتلبية متطلبات الجهد الزائد. تضمن متطلبات المعيار الوطني استمرار تشغيل التأريض أحادي الطور لمدة ساعتين دون أي تدخل. في الحالة الأكثر خطورة، عند حدوث تأريض أحادي الطور وفصل الحمل في الوقت نفسه، فإن أقصى جهد زائد ممكن محسوب نظريًا هو 1.99 ضعف، ويتم اختيار جهد التشغيل المستمر المسموح به (UC) (القيمة الفعالة) لمانع الصواعق من أكسيد الزنك كما يلي:

تم اختيار الجهد المقنن (Ur≈1.25 UC) وفقًا لمعدل الشحن القياسي الوطني البالغ 0.8، والذي استوفى جميع المتطلبات. في حالة استخدام تأريض القوس الكهربائي والجهد الزائد الرنيني ذي احتمالية الهروب العالية، يجب أن يستوفي الجهد المقنن الشرط التالي: اضغط مرة أخرى؟ = 0.8. اختر جهد التشغيل المستمر، والذي يستوفي المتطلبات أيضًا.

باختصار، تكمن الصعوبة الرئيسية في اختيار مانع الصواعق في تحديد نطاق الجهد الزائد المؤقت. من الضروري ضمان التشغيل الآمن والدقيق في ظل الجهد الزائد التشغيلي العالي والجهد الزائد الجوي، وضمان عدم تشغيل صفيحة الصمام تحت تأثير الجهد الزائد المؤقت.

في الوقت الحالي، يجب أن يضمن اختيار نوع وتصميم مانع الصواعق عدم عمل مانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك ذي أعلى جهد زائد في النظام عند تأريض أحادي الطور لمدة ساعتين، وإلا فإن مانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك سيتعرض لانهيار حراري أو حتى حادث انفجار.

لذلك، من المناسب اختيار النظام غير المؤرض وفقًا للمتطلبات الجديدة.

لكن في جهاز المكثف المؤرض المزود بملف إخماد القوس الكهربائي، سيكون جهد التأريض الزائد أقل بكثير، وبالتالي يمكن اختيار جهد منخفض وفقًا لحسابات المحاكاة العملية للجهد المقنن وجهد التشغيل المستمر لجعل مانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك يعمل تحت جهد التشغيل الزائد المنخفض، وهو جهاز حماية المكثف، ولكن إذا لم يكن ذلك مناسبًا، فيمكن أيضًا الاختيار وفقًا لنظام بدون تأريض.

لأن عزل قطب المكثف إلى الأرض قد تم اعتباره كافياً لتلبية متطلبات التأريض أحادي الطور لمدة ساعتين.

عند تشغيلها بجهد أقل من الجهد المقنن، فإن مانع الصواعق لا يعمل ولن يتسبب في تلف المكثف بسبب الجهد الزائد.

باختصار، يعود ذلك إلى أن ألواح صمامات أكسيد الزنك المتصلة مباشرة على التوالي بدون خلوص، لا تستطيع مقاومات مانع الصواعق المصنوعة من أكسيد الزنك تحمل جهد زائد يزيد عن 1.99 ضعف، وذلك بسبب اختيار جهد مرجعي لجهد تقوس كربيد السيليكون، حيث لا يفي الجهد المقنن لمانع الصواعق المصنوع من أكسيد الزنك بالمتطلبات، مما يؤدي حتماً إلى ارتفاع الجهد لضمان سلامة مانع الصواعق، على عكس ما هو الحال في بيانات المحاكاة الفعلية.

إن القيمة الموصى بها والمتجسدة في روح المعيار الوطني هي الأنسب لأنها تفي بمتطلبات الحد.