Analýza príčin výbuchu 10 kV zvodiča blesku na báze oxidu zinočnatého
1. Analýza príčin výbuchu 10kV zvodiča blesku na báze oxidu zinočnatého
V súčasnosti sa v rozvodných sieťach 10 kV používa veľké množstvo zvodičov bleskozvodov na báze oxidu zinočnatého (ZnO) (nazývaných aj zvodiče prepätia) na rozvody elektrickej energie, aby sa predišlo poškodeniu zariadení rozvodu elektrickej energie pri bleskovom prepätí. Počas prevádzky sa niektoré zvodiče oxidu zinočnatého pokazia kvôli problémom s kvalitou a nedostatočnou obsluhou a údržbou. Po poruche je rozvodné vedenie 10kV spojené so zemou cez zvodič oxidu zinočnatého. V tomto prípade sa porucha izolácie musí riešiť prerušením napájania. Spoľahlivosť napájania je preto do určitej miery znížená.
1. Analýza príčiny zlyhania zvodiča oxidu zinočnatého
Príklad 1: Vyskytla sa zemná porucha na rozvodnom vedení 10 kV. Pri kontrole vedenia bola zistená porucha zachytávača oxidu zinočnatého. Po výmene lapača oxidu zinočnatého bola linka opäť úspešne uvedená do prevádzky. Potom, čo bola chybná poistka proti oxidu zinočnatému rozobratá a zistilo sa, že jej plášť zo silikónovej gumy bol zlomený a pozdĺž strany ventilového kotúča zachytávača oxidu zinočnatého' bol zjavný oblúkový kanál; avšak disk ventilu'nepraskol ani sa nezlomil. Keďže žiadny z kotúčov ventilov (spolu 4) nebol zlomený, znamená to, že kotúče ventilov' neboli poškodené. Ak sa zhorší a spôsobí poruchu zachytávača oxidu zinočnatého, porucha sa prejaví skôr ako explózia kotúča ventilu ako bočné blikanie. V tomto príklade je vzduchová medzera medzi ventilovým kotúčom zachytávača oxidu zinočnatého a izolačným valcom a dýchanie dutiny môže ľahko spôsobiť vniknutie vlhkosti. Vlhkosť sa zhromažďuje na strane kotúča ventilu, čím sa znižuje izolačná pevnosť bočného povrchu. Pôsobením prepätia dôjde k preskoku pozdĺž strany kotúča ventilu, čím sa vytvorí oblúkový kanál.
Príklad 2: Ide o poruchu lapača oxidu zinočnatého. Zachycovač oxidu zinočnatého bol rozobratý a nenašli sa žiadne skorodované vnútorné kovové časti a nenašiel sa žiadny výboj vo vnútri kotúčov ventilov a povrchov postriekaných hliníkom a na strane kotúča ventilu sa našiel iba oblúkový kanál. Príčinou bočného blikania je, že výrobca používa vstrekovanie lepidla na odstránenie dutiny medzi kotúčom záchytného ventilu oxidu zinočnatého a vonkajším izolačným valcom. Teplota vstrekovania je vysoká,asi 200°C.V dôsledku veľkého rozdielu v koeficiente tepelnej rozťažnosti medzi izolačnou glazúrou a kotúčom ventilu môže vstrekovanie lepidla pri vysokej teplote spôsobiť drobné praskliny v izolačnej glazúre, čo spôsobí pokles jej izolačnej sily a preskok pod prepätím.
Vo vyššie uvedených 2 prípadoch sa analyzovala porucha blikania na strane ventilu. V kombinácii s inými prípadmi porúch sa uvažuje, že hlavnými priebehmi bočného lemovania sú i) prenikanie vlhkosti v dôsledku zlého tesnenia; (ii) poškodená izolačná glazúra na strane kotúča ventilu; (iii) zlý povrch medzi kotúčom ventilu a vonkajšou izoláciou a tak. Tieto príčiny vedú k nízkej pevnosti bočnej izolácie. Došlo k poruche ventilu a poruche uzemnenia v 10 kV vedení. Pri obhliadke linky sa zistilo prasknutie zachytávača oxidu zinočnatého. Po jeho výmene linka opäť normálne fungovala. Po rozobraní chybného lapača oxidu zinočnatého sa zistilo, že jeho plášť zo silikónovej gumy je zlomený, dva kotúče ventilov prasknuté a dva sa rozlomili na kusy; neboli však vidieť žiadne stopy bočného blikania. Na základe vzhľadu poruchy a charakteristík poškodenia kotúča ventilu pri rôznych prúdoch sa analyzoval dôvod poškodenia kotúča ventilu. Zvodič oxidu zinočnatého bol vystavený bleskovému prepätiu, ktoré spôsobilo, že cez kotúč ventilu pretekal bleskový prúd. Pretože takýto bleskový prúd je impulzná prúdová vlna, hustota prúdu bola veľmi veľká. Impulzný prúd však nie je v kotúči ventilu rovnomerne rozdelený. Keď prúdová hustota bleskového impulzu v miestnom kotúči ventilu prekročí povolenú hraničnú hodnotu, kotúč ventilu sa zničí. Pretože bleskový prúd obsahuje málo energie, kotúč ventilu sa vo všeobecnosti nezlomí ani nevybuchne, ale iba praskne. Príčina zlomenia kotúča ventilu: bleskoistka z oxidu zinočnatého sa skladá zo 4 kotúčov ventilu; za normálnych okolností 4 ventily nesú systémové napätie; keď sa dva z nich zlomia a poškodia, napätie systému sa aplikuje na zostávajúce dva kotúče ventilov, čím sa urýchli ich degradácia a v konečnom dôsledku to vedie k zničeniu kotúčov ventilov pri napätí napájacej frekvencie.
V dôsledku veľkej energie napájacieho zdroja sa kotúč ventilu zlomí alebo exploduje. Podľa najnovšej normy súčasných zvodičov oxidu zinočnatého by zvodiče oxidu zinočnatého mali odolať dvom úderom bleskového prúdu 65 kA (alebo 40 kA). V 10kV systéme bleskový prúd viac ako 65kA (alebo 40kA) nemožne preteká cez zvodič oxidu zinočnatého nemôže pretekať viac ako. Je to preto, že bleskový prúd môže prúdiť cez zvodič oxidu zinočnatého dvoma spôsobmi: (1) vlna prichádzajúca pozdĺž vedenia, (2) priamy úder blesku. Bleskový prúd 65 kA (alebo 40 kA) ďaleko presahuje úroveň odolnosti voči blesku 10 kV vedenia, takže je nemožné, aby prúd bleskovej vlny prichádzajúci pozdĺž vedenia presiahol 65 kA (alebo 40 kA); ak blesk zasiahne vežu priamo, bleskový prúd môže presiahnuť 65 kA (alebo 40 kA); táto hodnota ďaleko presahuje úroveň bleskovej odolnosti 10 kV stožiarovej veže, čo spôsobí prebliknutie vedenia vo viacerých fázach, medzifázový skrat a rýchle vypnutie. V tomto prípade je na vine len jednofázové uzemnenie vedenia bez rýchleho prerušenia, takže dochádza k priamemu úderu blesku. Preto je nemožné, aby bleskový prúd presiahol 65 kA (alebo 40 kA). Je zrejmé, že príčinou poruchy lapača oxidu zinočnatého je: ventil lapača oxidu zinočnatého má zlú schopnosť odolávať impulzu blesku; dva z nich prasknú pôsobením bleskového prúdu, čo spôsobí prasknutie zvyšku zostávajúcich kotúčov ventilov a prasknutie plášťa.
2. Protihavarijné opatrenia
Nasledujúce protiopatrenia sa navrhujú pre slabú schopnosť predchádzať bočnému blikaniu a energetickú odolnosť 10 kV distribučných kotúčov ventilov z oxidu zinočnatého:
1) Vopred otestujte zvodiče oxidu zinočnatého a pravidelne merajte zvodové prúdy U mA a 0,75 U mA zvodičov oxidu zinočnatého, aby ste zistili, či nie sú poškodené alebo vlhké a čo najskôr sa s nimi efektívne vysporiadali.
2) V technických špecifikáciách špecifikujte požiadavky na schopnosť zabrániť bočnému blikaniu kotúčov záchytných ventilov na báze oxidu zinočnatého. Medzi kotúčom ventilu a izolačným valcom by mala byť štruktúra bez vzduchovej medzery a mali by byť definované jasné požiadavky na úroveň tepelnej odolnosti izolačnej glazúry.
3) Požadovaná odolnosť kotúča ventilu voči vysokoprúdovým impulzom je 65 kA (táto schopnosť odráža energetickú odolnosť kotúča ventilu).
4) Vyberte si výrobcov s dobrou kvalitou výrobkov a dobrou povesťou.
3. Záver
Hlavným spôsobom poruchy 10 kV rozvodných zvodičov prepätia oxidu zinočnatého v prevádzke je bočné lemovanie kotúča ventilu, ktoré je spôsobené zlým tesnením, poškodenou izolačnou glazúrou kotúča ventilu a zlým rozhraním medzi kotúčom ventilu a vonkajším izolácia. Aby sa zlepšila prevádzková spoľahlivosť zvodiča oxidu zinočnatého, pri výbere zvodiča by mala byť zabezpečená schopnosť zabrániť bočnému blikaniu a kvalita kotúča ventilu a mala by sa vykonať skúšobná prevádzka.