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      氧化鋅避雷器電磁脈沖效應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究

      2021-09-10 03:10:25郭俊峰韓琦毛天華李毅
      客聯(lián) 2021年5期
      關(guān)鍵詞:抗干擾能力

      郭俊峰 韓琦 毛天華 李毅

      摘 要:為了測試氧化鋅避雷器的效果,了解氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu),工作原理以及功能特性。進(jìn)行了氧化鋅避雷器效驗(yàn),同時也詳細(xì)介紹了端口保護(hù)器件的抗干擾能力的等級劃分。雷擊是引起電力系統(tǒng)故障的主要原因之一,雷擊可造成的雷電流的數(shù)值可以非常高,從而引起電磁效應(yīng)對系統(tǒng)造成破壞,這種電磁效應(yīng)就可以用HEMP注入脈沖源來模擬,脈沖源的輸出可以等效這種場景,選擇氧化鋅避雷器為效應(yīng)物,對氧化鋅避雷器做效應(yīng)實(shí)驗(yàn)。

      關(guān)鍵詞:氧化鋅避雷器;電磁脈沖效應(yīng);過電壓保護(hù);抗干擾能力

      雷電產(chǎn)生的電磁脈沖對于我們身邊的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng)都會帶來很嚴(yán)重的影響,全球每年都會因?yàn)檫@種電磁脈沖導(dǎo)致的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng)頻頻出現(xiàn)故障,這樣會導(dǎo)致極高的經(jīng)濟(jì)損失,為國家?guī)韲?yán)重的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。[1-2]在現(xiàn)在飛速發(fā)展的社會中,加入民用和軍事上的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),通信系統(tǒng)和電力系統(tǒng)受到電磁脈沖的影響,就會受到很嚴(yán)重的損失,軍事上可能會導(dǎo)致整個國家的安全問題,民用上可能會破壞社會秩序,所以電磁脈沖及其工程防護(hù)的理論和技術(shù)很受關(guān)注并且全球?qū)ζ溲芯繜岫纫埠芨摺?/p>

      一、氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)

      氧化鋅避雷器主要有兩種結(jié)構(gòu),即帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器以及無間隙氧化鋅避雷器[3]。串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器中的間隙有著阻隔的作用,這樣就導(dǎo)致了一部分電阻片就沒有運(yùn)行工作電壓,也就會面臨著系統(tǒng)老化問題,這樣就會導(dǎo)致容易發(fā)生故障,對電力系統(tǒng)正常運(yùn)行存在著極大的隱患。而無間隙氧化鋅避雷器內(nèi)部電阻為氧化鋅電阻,使用這樣的電阻使性能有著明顯的提升。

      (一)無間隙氧化鋅避雷器

      該氧化鋅避雷器上邊連接高壓線夾,高壓線夾在連接至高壓線上,下邊連接脫離器,脫離器連接電纜和監(jiān)測器,相當(dāng)于直接連接各系統(tǒng),沒有間隙。這樣的構(gòu)造能使避雷器不易發(fā)生損傷,即一旦監(jiān)測器檢測出避雷器有故障的時候,脫離器就會作用,讓避雷器與電壓線不連接,以免讓避雷器發(fā)生永久性的損傷,也會讓電網(wǎng)系統(tǒng)不會發(fā)生永久性的故障。因?yàn)闆]有間隙的原因,避雷器里的物件會長時間工作,容易老化。

      而影響壽命,對于非直接接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障的現(xiàn)象出現(xiàn)時,這樣的避雷器很容易熬成重大損失。無間隙氧化鋅避雷器的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

      (二)帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器

      帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器除了本身還包含串聯(lián)間隙部分,串聯(lián)間隙部分與絕緣子串并聯(lián),在陰雨雷電的天氣下,很容易引起雷電流在避雷器周圍形成高電壓,使氧化鋅避雷器的串聯(lián)間隙部分可能會被擊穿,使電位差減少,這樣絕緣子閃絡(luò)的問題就會得到解決,同時可以減少線路發(fā)生跳閘停電的事故。在避雷器的串聯(lián)間隙部分工作之后,氧化鋅避雷器本身含有的電壓遠(yuǎn)小于絕緣子串上的電壓即絕緣子閃絡(luò)電壓,也必須保證電弧在特定電壓下可以熄滅,來保證整個系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。氧化鋅避雷器的串聯(lián)間隙部分又可以分為復(fù)合絕緣子固定間隙和純空氣間隙兩種結(jié)構(gòu)。對于復(fù)合絕緣子固定間隙的避雷器安裝起來很隨意,任意角度下都可以安裝到所需設(shè)備上,在檢修時會非常的方便。并且避雷器的本身與高壓線之間有隔離間隙,這就導(dǎo)致了即使在系統(tǒng)運(yùn)行的時候避雷器也不會帶電,這種避雷器自身的功率損耗也非常小,避雷器內(nèi)部結(jié)構(gòu)也不會長期帶電導(dǎo)致問題的發(fā)生,這使避雷器的壽命大大增加。帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器如圖2所示。

      二、氧化鋅避雷器的功能特性

      (一)氧化鋅避雷器的作用

      氧化鋅避雷器是用來保護(hù)電氣設(shè)備的,它是通過限制過電壓來實(shí)行保護(hù)的,它所配備的防護(hù)功能非常完善,體積以及質(zhì)量都非常小,并且可以長期穩(wěn)定運(yùn)行,獲得了應(yīng)用的廣泛性。它就是在電氣線路上或者設(shè)備上人工安裝間隙裝置,該裝置的擊穿電壓要比電氣線路上或者設(shè)備上的擊穿電壓低,在系統(tǒng)正常工作時該間隙裝置并不影響系統(tǒng)的正常工作,當(dāng)電壓升高到擊穿電壓時,間隙裝置直接接地實(shí)施放電來實(shí)現(xiàn)降壓來保護(hù)電氣設(shè)備[4]。

      (二)氧化鋅避雷器功能特性

      避雷器的特性就是過電壓保護(hù),而氧化鋅避雷器可以在電力系統(tǒng)上起到限壓保護(hù)作用,但是對于沒有上限的過電壓,最主要的就是暫態(tài)過電壓,其頻率是正常的數(shù)倍,一旦暫態(tài)過電壓成為避雷器的工作電壓,避雷器就會長時間處于工作狀態(tài)并且發(fā)熱,而導(dǎo)致避雷器的不可逆損害。我們一般會將所有的暫態(tài)過電壓移到保護(hù)死區(qū)內(nèi)并且保證不能外泄,這樣避雷器就不容易損壞,也就是暫態(tài)過電壓承受能力強(qiáng),反之則不同。

      三、氧化鋅避雷器的效應(yīng)實(shí)驗(yàn)

      按照原理圖對其進(jìn)行安裝,效應(yīng)物為氧化鋅避雷器,通過容性注入的方法對氧化鋅避雷器做效應(yīng)實(shí)驗(yàn),通過調(diào)試出的雙指數(shù)脈沖對其氧化鋅避雷器進(jìn)行輸出,將充電電壓升至30kV,達(dá)到相對完美輸出。我們選用220V,1kV,3kV,10kV,35kV等型號的氧化鋅避雷器,將該輸出注入到不同型號的氧化鋅避雷器上,我們依次做注入實(shí)驗(yàn),對于35kV以下的避雷器,其實(shí)驗(yàn)輸出如圖3所示,由于結(jié)果幾乎一樣,我們選擇采用注入220V氧化鋅避雷器實(shí)驗(yàn)結(jié)果來演示,我們發(fā)現(xiàn)這樣的輸出對于220V,1kV,3kV,10kV即35kV以下的避雷器能夠達(dá)到擊穿,輸出的結(jié)果達(dá)到了擊穿的效果,但是對于其中的抗干擾能力仍大有不同,型號是220V,1kV和3kV的避雷器就有了實(shí)質(zhì)性的功能損壞,(下轉(zhuǎn)第209頁)

      (上接第207頁)造成了不可逆的損壞,也就是避雷器直接報(bào)廢,所在的電子系統(tǒng)也會受到嚴(yán)重的破壞,這類屬于功能損壞;型號是10kV的避雷器仍舊可以使用,但相應(yīng)的電子系統(tǒng)也會受到影響,我們只需立即重新啟動電子系統(tǒng),避雷器所在的電子系統(tǒng)仍然可以正常使用,避雷器也沒有造成不可逆的損害,仍然可以起到防護(hù)的作用,這類屬于工作干擾。

      最后我們又實(shí)驗(yàn)了型號為35kV及以上的氧化鋅避雷器,最后輸出的結(jié)果為如圖4所示。

      從中我們看到了輸出結(jié)果仍為雙指數(shù)脈沖波形,說明了該型號的避雷器沒有被擊穿,也就表明了這樣的輸出并沒有影響到氧化鋅避雷器,氧化鋅避雷器達(dá)到了防護(hù),電子系統(tǒng)可以正常工作,也就是這樣的脈沖輸出對于型號為35kV以上的避雷器基本沒有影響,可以正常工作。

      四、結(jié)論

      a)介紹了兩種氧化鋅避雷器,分別為無間隙氧化鋅避雷器和帶串聯(lián)間隙氧化鋅避雷器,對其結(jié)構(gòu)與功能做出了詳細(xì)的闡述。

      b)氧化鋅避雷器是用來保護(hù)電氣設(shè)備的,它是通過限制過電壓來實(shí)行保護(hù)的,所配備的防護(hù)功能非常完善,體積以及質(zhì)量都非常小,并且可以長期穩(wěn)定運(yùn)行,獲得了應(yīng)用的廣泛性。

      c)上升時間在20ns左右,脈沖寬度450~500ns,電流峰值不小于1kA的雙指數(shù)脈沖對于型號35kV以下的氧化鋅避雷器有著影響,可以影響到其所在的電子系統(tǒng),對于型號10kV以下的氧化鋅避雷器造成功能損害,電子系統(tǒng)也會受到嚴(yán)重的破壞,對于型號為10kV的避雷器造成工作干擾,重啟系統(tǒng),避雷器和電子系統(tǒng)仍舊可以工作,對于35kV及以上的型號,氧化鋅避雷器可以正常防護(hù)使其電子系統(tǒng)可以正常工作。

      參考文獻(xiàn):

      [1] 呂治輝,高功率自己穿氣體火花開關(guān)多脈沖運(yùn)行特性研究【D】.長沙:國防科技大學(xué),2005:45-50.

      Lv Zhi hui.Investigationof spark gap switch multi pulse operating in the selfbreakdown model[D].Changsha:National University Defense of Technology,2005:45-50.

      [2] Alex Pokryvailo,Yefim Yankelevich,Shapira M.A compact source of su bgigawatt subnanosecond pulses[J]. IEEE Transactions on Plasma Science,2004,32(5):1909-1918.

      [3]應(yīng)衛(wèi)華,王軍華,王孝華.氧化鋅避雷器在送電線路的應(yīng)用[J].湖州師范學(xué)院學(xué)報(bào),2009,31(S1):119-120+132.

      [4]高巖. 淺析氧化鋅避雷器[J].廣播電視信息(下半月刊),2008,11:56-59.

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