雷电和故障抑制

闪电有能力摧毁价值数百万美元的变压器,或摧毁电网内数以百万计的微型设备。电气工程师花了130多年的时间来设计控制配电网雷电和电涌的方法。在这一页学习一些基本的关于用来控制大自然最狂野一面的有趣设备。亚博体育官方app

绝缘是电力系统中的弱点,在暴露于由此引起的极高电压时会崩溃闪电、故障或线路重新通电。由于电网的开始直接闪电击球和间接的大气效果是一项挑战。我们使用不同的设备来处理闪电引起的不同问题。

1.关亚博体育官方app于闪电
2.保险丝

3.避雷器

4.避雷器产品(SPD)
5.航空终点站(避雷针、悬索)
6.负责耗散终端
7.断路器的
8.断路器/开关管
9.自动开关
10.
11.历史时间轴
12.测试

上图:查尔斯·斯坦梅茨在他的闪电实验室里。他是第一个在测试公用事业系统中使用“人为闪电”的首批。后来在Pittsfield,MA成为电网设计中闪电研究最重要的测试理由之一。

1.亚博体育官方app闪电:

在雷暴中负电荷领导者从云层中下降,寻找该地区最强的地面电荷积累。领导者每次向下移动50米,然后停下来,重新调整方向,朝向地面电位。

由于闪电达到150米的地面飘带,伸向上(+)。最强烈的拖车吸引了领导者,它连接,这就是雷击的地方。另一个拖鞋将其能量缩回到他们来自的物体中。

地面上的所有物体都携带(+)电荷并将其消散到大气中。像发射塔或天线的顶部这样的点携带(+)电荷,而尖点很难消散电荷,所以正电荷就在金属端积累起来。这使得这一点可能为一个强大的流光。

了解更多细节亚博体育官方app闪电在这里 来自美国国家海洋和大气管理局


闪电抑制的类型:


类型的浪涌类型:


雷电电涌和电力线开关电涌在测试中都以“双指数”波形表示。这意味着a雷电冲击波在1.2微秒内达到峰值,并在50微秒内衰减到峰值的一半;因此它被称为“1.2 x 50”波形。

一个“切换浪涌”波形更长;它在大约200微秒内达到峰值,在几千微秒内衰减到一半。

有用的术语:

过电压—当电路或系统的某一部分电压超过其额定极限时。这可能会导致绝缘体碎裂,电弧跳到塔上,变压器绝缘熔化,电弧和爆炸,或其他高度破坏性的东西。

瞬态-系统中的电压尖峰(更非正式地称为“浪涌”)。这些可能很难保护,因为它们可能突然上升。这些可能发生得如此之快,以至于保险丝和一些断路器无法做出足够快的反应来阻止一些过电压通过设备。

电力浪涌(线浪涌)-(又名“瞬态”)要知道,根据某些人的说法,浪涌是持续时间超过3纳秒的电压尖峰。


2.保险丝

为什么保险丝还不足以阻止闪电?
保险丝是一种“简单”类型的断续器。当保险丝接收到持续超过某一水平的电流或电压时,它就会自动熔断,切断电路连接。熔断器起电阻器的作用,产生热量来熔化熔体。熔断器熔化的速度是非常重要的,因为它可以让一些破坏性的电压通过,如果它不够快。保险丝的额定电压是很重要的,因为一个非常高的电压(像来自闪电)可以电弧穿过可能已经熔断的保险丝。因此,保险丝在阻止直接雷击产生的电涌时变得毫无用处。与这里提到的金属氧化物压敏电阻器和其他器件相比,熔断器也非常慢。在家庭中,断路器取代了保险丝。了解破坏者亚博体育官方app在这一页的下方。

以上:在常见的电力线上使用的线熔丝。看到一个保险丝的视频在这里吹

Pad-mounted融合开关用于电网。它们的成本低,但它们是“愚蠢”,因为他们无法提供有关浪涌的数据。亚博体育官方app保险丝还需要一个船员来转到变电站并在吹制后更换它们。这可能导致30分钟或更长的电力服务中断到该区域。从ABB看到这段短视频显示如何更换保险丝。

3.避雷器

避雷器-电力或通信系统上的一个装置,当系统看到一个极端电压尖峰时,它将电力转移到地面。这些设备被设计用来应对直接雷击,或者来自线路某处故障的极端电涌。避雷器本质上是一种自动开关,设计为瞬间工作。

每个变电站都需要许多避雷器变压器并且需要保护切换设备。有多种闪电避雷器,如排除和阀门类型。请注意,变电站和闪电避雷器的大型断路器看起来相似,它们都是高大的陶瓷管。

左下:在爱迪生技术中心展出的避雷器。亚慱足球网址多少右下:纽约波基普西的逮捕者

左侧的三个陶瓷器件是闪电避雷器,在Sheilds内部的三个管断路器。在这种情况下,架空线路将通过断路器进入地下以便穿过哈德逊河。

站式和线路式避雷器可以安装在单元中。单元可以串联堆叠,以创建一个具有更高额定值的避雷器。

右图:在大型变电站变压器上安装避雷器。变压器包含每根线上都有薄聚合物绝缘的线圈。烧过这根绝缘导线不需要太多过电压。更换和维修大型变压器非常昂贵。我们使用稳压器和故障保护来精确控制进入变压器的电压。

左:线路型避雷器周期性地连接在电线杆上,并沿着线路向地面发起打击。莫朗持有一个典型的现代线路避雷器额定69千伏特电力线路。


4.避雷器产品(spd)

当雷击在电力线附近时,由于电磁脉冲(EMP),电力线会产生电涌。EMPs也被称为“瞬变电磁干扰”。避雷器的设计是为了防止“闪电”电磁脉冲或其他瞬态电流引起的浪涌影响电网的大面积。他们不保护对你的线路的直接打击,这个设备停止有一个上升速度比直击慢,它们的电压会迅速上升。电磁兼容工程师专门研究电磁脉冲造成的现象和损害。

浪涌避雷器成为非常重要的消费设备半导体对轻微的波动非常敏感。在20世纪60年代之前,互联网上一直存在轻微的激增,但没有必要对它们进行如此精确的控制。大多数消费电子产品都有某种类型的锌金属氧化物浪涌保护器。在我们的视频中看看它们是如何工作的

氧化锌的技术用于计算机和电器上的小型防雷系统以及电网中使用的大型避雷器。避雷器主要由充满氧化锌的陶瓷管组成:

“一个配电级避雷器包括一个由分布式氧化锌压敏电阻块、铝块组成的核心,铝块作为散热器和提供电压分级和所需的电弧距离的间隔器,通过将预浸料缠绕在组装的块上并在真空模具内的模具压力下热固化而形成的玻璃增强环氧外壳,使端子块面对面接触。”

过电压被设计成直接穿过设备核心到达地面。

上图:“站式避雷器”和变电站中的大型避雷器。注意到长屏蔽线悬挂在变电站上方以捕捉直接闪电。

研制出理想的无间隙避雷器花了40多年的时间。Ohio Brass (Hubbell Incorporated)现在是站级避雷器的领先制造商。他们从通用电气的匹茨菲尔德工厂购买了专利。

5.空气终端(避雷针/屏蔽线)

航空集散站-一块垂直(杆)或水平(屏蔽线)的金属,与闪电螺栓连接并将能量引导到地面。它可以使螺栓远离更敏感的物品,如电力线、天线或易燃的建筑,如木谷仓。在变电站和无线电天线周围,可以看到像长接地电缆一样的屏蔽线。在常规的社区服务电力线上,你可能会在最高点的杆子顶部看到一条悬链线,而这三条电力线就在杆子下面的横木上。

6.负责耗散终端

-这个装置有许多细导线端,它将(+)电荷分散到许多点,防止在一个高点上积累(+)电荷。

cdt可以设计为左边的星形设计,也可以更长,类似于毛熊毛虫。

7.断路器的

它们并不总是用于闪电,它们可以手动操作来断开部分电网以进行维护。一些断开装置被设计成在闪电的情况下“敲”开。装在装置里的炸药会断开接地线而爆炸。

右图:采用“智能”技术的现代高压隔离器


8.开关管(断路器)

当一个电路必须断开维护,你可以使用断路器,但高电压提出了一个大问题。当你把两个电极彼此分开时,就会产生电弧。电弧引起空气的电离,而电仍在流动。

空气或气体开关设备

当我们把两个导体分开时,我们使用高压空气或气体爆炸来推开电弧并破坏它。这基本上是“吹熄”电弧。在上面的照片坚强的金属室在基地是加压的区域。

真空断路器(VFI)

这些断路器可以用微处理器继电器或由工作人员手动操作,使用带真空的容器来防止电弧形成。

垫安装断路器

这种类型的数字断路器可以由计算机远程复位。它们可以在大约10分钟内快速重置。亚博体育官方app这些保留了停电的完整记录,并可以替换不提供此类数据的“哑”保险丝。这种成本较高的选择是智能电网技术的一个组成部分。

了解更多细节亚博体育官方app断路器。

9.自动开关


这些设备检测线路上的故障(如树枝掉落造成短路)并断开一个部分,然后在间隔一段时间后自动尝试重新连接,以查看短路是否自行清除。这有助于减少停电的时间,因为他们不需要一个工作人员出来和复位(与断路器)。这些技术成本较低,可以分布在电网的各个电线杆上,把电网分成更小的部分。

油路重合闸(OCR)-这些有大的和小的尺寸用于不同的电压,但大多数你会看到的是罐形的设备,看起来类似变压器或稳压器。它们被设计成以不同的速度工作:

一条曲线-快速曲线短,当满足要求的故障电流时,快速断开线路
C曲线-在线路上留下更长的故障电流,这将允许电弧运行更长的时间,烧毁一个气球或小树枝。它还能让电力持续足够长的时间,从而把保险丝龙头上的保险丝烧断。

你可以在电子设备后面安装更快的OCRs,这样可以使昂贵的智能电网组件免受损坏。当与保险丝结合时,慢曲线ocr是有用的。

10.灭弧角

这些设备已经使用了很长时间,可以在闪电或其他短暂的撞击线路时帮助防止闪电。它们的工作原理基本上是让高电压“跃过”角的差距躲起来而不是把全部力量都用在敏感设备上。与现代避雷器相比,它们的工作效果不是很好,但由于成本低,它们仍在一些地方使用。

闪络:
绝缘体可能无法承受高电压的尖峰和电弧将在电线和塔之间形成。喇叭的缝隙曾经是变压器的基本保护,正如20世纪10年代的照片所示下面

了解更多细节亚博体育官方app闪络在这里


上图:照片Schaghticoke-Schenectady19世纪90年代到10年代的电线。

11.历史时间轴

300 BC- Anuradhapura王国使用佛教寺庙中的金属条来保护它们免受雷击

1749-本·富兰克林发明避雷针

1800年代-避雷针被开发出来,它带有玻璃球,撞击后会破碎,表明已经发生了撞击

1880年代- Elihu Thomson,Thomas Edison等开发早期照明抑制系统以保护第一台电力系统。1890年代-重要的进展陶瓷绝缘体是针对高压交流电源的新领域而设计的。1890年代-查尔斯·p·斯坦梅茨在纽约斯克内克塔迪和麻州匹茨菲尔德的防雷保护方面取得了进展

1933- Walter Roman (@ Westinghouse)开发了新的驱逐避雷器,该避雷器成为公用事业线路的标准。它的工作原理是有一种特殊的材料,产生大量去离子化的水蒸气,当系统电压过零时,水蒸气就会熄灭电弧。

上图:Gnuella Pass公司的一个大型变电站避雷器

1900年代-电力线上的主要避雷器是有间隙的碳化硅避雷器

1967- SiC(碳化硅变阻器)避雷器取代间隙碳化硅避雷器

上图:以利户汤姆森的1892年,通用电气(General Electric)成立了主要的公司,然而,在19世纪80年代激烈的电力照明系统战争中,上述磁避雷器帮助通用电气的系统区别于竞争对手。当检测到电压尖峰时,它使用磁控制打开电路。这保护了直流发电系统(发电机和其他设备)免受损害。


1970年代-金属氧化物压敏电阻器的时代开始(ZnO)。MOV避雷器是由Harnden, Martzloff和Morris在(@GE)帮助停止电压低于500伏特。
后来开发了用于高压的装置,并迅速取代了所有碳化硅避雷器。

左图:John D. Harnden Jr.带着一个叫做Super Alpha的金属氧化物电阻器原型。这是由位于斯克内克塔迪的通用电气工程实验室开发的。

Harnden先生是创始人亚慱足球网址多少在斯克内克塔迪,纽约。


12.测试闪电


如今,工程师们使用复杂的软件来模拟雷击,然而,公司曾一度需要在实验室里模拟雷击。近100年来,马萨诸塞州的匹茨菲尔德一直是电力系统瞬变电流的主要测试区。他们有两台可以产生数百万伏特电压的“闪电”机器。通用电气将使用一个系统的微型模型来测试公用事业系统。高压实验室的许多测试设施都有精细的比例模型。

在这里留下来临未来的视频:
链接:视频-灯火测试在匹兹堡,纽约市
链接:视频- Bob Ringlee和Barthold在PTI电涌保护

相关话题

变形金刚

发电机和发电机

交流电源的历史

仪表和稳压器

电气化的历史

电线和电缆

惠兰、约翰·哈登和托马斯·巴洛克的文章

来源:
Alltec全球
kapikaco.
1930-1965电力系统避雷器史。由Jonathan J. Woodworth。避雷福
电力系统上避雷器的历史1965年目前由乔纳森j伍德沃斯。ArrestorWorks
过电压和闪络。myinsulators.com。1974
ABB
电脑希望
隔离断开断路器。ABB瑞典。


照片:

亚慱足球网址多少
惠兰通信
斯克内克塔迪博物馆历史大厅
美国专利局
霍金斯电气导轨。1914年


要使用爱迪生技术中心的亚慱足球网址多少图像和视频,请查看我们的许可协议