Viršįtampių ribotuvai: veikimo principas, tipai ir svarba elektros sistemų apsaugai
Elektros tinkluose, ypač audrų metu, viršįtampiai kelia didelę grėsmę įrenginiams ir sistemoms. Viršįtampių ribotuvai yra būtini įrenginiai, apsaugantys nuo įtampos šuolių ir žaibo smūgių, užkertantys kelią įrenginių gedimams ir sumažinantys galimus nuostolius. Šiame straipsnyje išsamiai aptarsime viršįtampių ribotuvų veikimo principus, tipus ir jų svarbą užtikrinant elektros sistemų saugumą.
Viršįtampių ribotuvų istorija ir raida
Ankstyvosios viršįtampių ribotuvų technologijos rėmėsi paprastais mechaniniais sprendimais. Vienas pirmųjų - elektrolitinis įtampos ribotuvas, sukurtas XX amžiaus pradžioje. Jis veikė sukuriant elektrinį tarpą tarp kontaktų, kuris suveikdavo smūgio metu, nukreipdamas per didelę įtampą į žemę. Šis principas buvo naudojamas dešimtmečius. XX a. viduryje atsirado silicio karbido (SiC) pagrindu veikiantys viršįtampių ribotuvai.
Tikrasis lūžis įvyko 1970-aisiais, kai buvo pristatyti metalų oksido varistoriai (MOV). MOV gali absorbuoti dideles energijos bangas, nesunaikindami savęs. MOV technologija sukėlė revoliuciją, nes leido sukurti ilgaamžiškesnes ir patikimesnes apsaugos sistemas.
XXI a. prasidėjo skaitmeninės apsaugos erai. Modernūs viršįtampių ribotuvai integruoja skaitmenines relės ir intelektualius elektroninius įrenginius (IED), kurie ne tik atpažįsta viršįtampius, bet ir nuolat analizuoja elektros tinklą. Vienas reikšmingiausių skaitmeninių sistemų privalumų - nuotolinis stebėjimas ir valdymas, leidžiantis greitai reaguoti į trikdžius.
Vienas naujausių pasiekimų yra viršįtampių ribotuvų integracija su „Smart Grid“ technologijomis, leidžiančia jiems dirbti sinergiškai su kitomis tinklo dalimis, automatiškai prisitaikant prie elektros tinklo apkrovos, energijos poreikių ir trukdžių.
Taip pat skaitykite: Tamsios lūpos: ką daryti?
Viršįtampių ribotuvo veikimo principas
Viršįtampių ribotuvas - tai prietaisas, skirtas apsaugoti elektros prietaisus nuo staigių įtampos šuolių, kurie gali pažeisti elektroninę įrangą. Kai įvyksta įtampos šuolis, viršįtampių ribotuvas greitai reaguoja ir perima perteklinę energiją, apsaugodamas prijungtus prietaisus nuo pažeidimų.
Viršįtampių ribotuvai į elektros tinklą jungiami lygiagrečiai. Apsaugos veikimo principas: viršįtampių ribotuvas sugeria ir nukreipia perteklinę energiją (žaibo ar kitų viršįtampių poveikio) į žemę.
Pagrindinis viršįtampių ribotuvo elementas - varistorius - normalaus darbo metu yra prijungtas prie elektros tinklo. Varistorius pradeda veikti, kai jo įtampa pakyla virš normos ribos. Kai tai nutinka išlydžio srovė yra nukreipiama į žemę. Tai įvyksta nanosekundžių eilės riboje ir tokiu būdu varistorius apsaugo Jūsų vidaus įrenginius.
Varistorius turi savo gyvavimo ciklų skaičių, kuo dažniau tinkle stebimi viršįtampiai - tuo didesnė tikimybė, kad įrenginį reikės dažniau keisti.
Viršįtampių priežastys
Viršįtampiai gali atsirasti dėl įvairių priežasčių:
Taip pat skaitykite: Padėkos vakaras ir Kovo 11-osios minėjimas
- Žaibas: Vienas iš dažniausių ir galingiausių viršįtampių šaltinių.
- Elektros tinklo sutrikimai: Gedimai elektros energijos tiekimo sistemoje.
- Per didelė apkrova: Staigus energijos poreikio padidėjimas.
- Didelės galios prietaisų veikimas: Įjungiant ir išjungiant tokius prietaisus kaip oro kondicionieriai, liftai, šaldytuvai ar saulės elektrinės. Jame esantiems kompresoriams ir varikliams įjungti ir išjungti reikia daug energijos, dėl kurios gali neilgam padidėti įtampa - visai nesvarbu ar šis įrenginys Jūsų tinkle ar pas kaimyną, kuris prijungtas prie to paties tinklo. Perjungiant, jis sukuria staigius, trumpus energijos poreikius, taip sutrikdydamas nuolatinį įtampos srautą.
- Bloga elektros tinklo komutacija (vidinio) ar nutrūkusios elektros linijos: Sudėtingoje transformatorių ir elektros linijų sistemoje, tiekiančioje elektros energiją į jūsų namus, yra daugybė galimų taškų, kuriuose dėl klaidos gali atsirasti netolygus energijos srautas, dėl kurio gali padidėti galia.
AC ir DC viršįtampių ribotuvų skirtumai
Pagrindinis skirtumas tarp AC (kintamosios srovės) ir DC (nuolatinės srovės) viršįtampių ribotuvų kyla dėl srovės charakteristikų. AC srovė keičia kryptį sinusoidiniu būdu (50 arba 60 Hz dažniu), o DC srovė teka viena kryptimi be dažnių pokyčių. Dėl šios priežasties AC viršįtampių ribotuvai turi gebėti apdoroti kintamas srovės vertes ir dvipusius šuolius, kai srovė svyruoja tarp teigiamų ir neigiamų verčių.
AC sistemose yra varža, induktyvumas ir talpa, kurie priklauso nuo dažnio, todėl AC viršįtampių ribotuvų konstrukcijoje naudojami komponentai, galintys susidoroti su dažnio kaita. DC sistemose nėra šių dažnio priklausomų elementų, todėl DC ribotuvai naudoja kitokius techninius sprendimus.
DC viršįtampių ribotuvuose yra specifinė savybė - poliarizacijos efektas. Tai reiškia, kad jų varistoriai skirtingai reaguoja į srovės kryptį, todėl jų veikimo charakteristikos priklauso nuo to, kuria kryptimi teka srovė. Vienas iš svarbių DC įtampos ribotuvų iššūkių yra trumpų jungimų ir avarijų valdymas, nes DC grandinėse nėra natūralaus „nulio kirtimo“ taško, kuris būtų AC sistemose. Tai reiškia, kad sunkiau nutraukti srovės tiekimą avarijos atveju, o tai padidina gaisrų riziką.
AC viršįtampių ribotuvai dažniausiai naudojami gyvenamuosiuose, komerciniuose ir pramoniniuose pastatuose, kur reikalinga apsauga nuo įtampos šuolių elektros tinkle. Jie taip pat plačiai naudojami elektros tinklų apsaugai.
Viršįtampių ribotuvų klasės ir tipai
Norint tinkamai apsaugoti elektros įrangą, būtina naudoti visų klasių ribotuvus. Jų pasirinkimas priklauso ne tik nuo elektros tinklo tipo, įvado (oro ar kabelinis), vietovės, instaliacijos konfigūracijos, nuo saugomų įrenginių ir pan.
Taip pat skaitykite: Šokiai Jurbarke: ką verta žinoti
- I tipo (B kategorija) viršįtampių apsauga: Naudojama nuo tiesioginio žaibo išlydžio, kuris charakterizuojamas kaip 10/350 μs srovės banga.
- II tipo (C kategorija) viršįtampių apsauga: Naudojama nuo netiesioginių žaibo išlydžių, kurie charakterizuojami kaip 8/20 μs srovės bangos.
Viršįtampių ribotuvų naudojimas saulės elektrinėse
Viršįtampio apsaugos funkcija - apsaugoti saulės jėgainės elektrinę instaliacinę įrangą (saulės modulius, kabelius, inverterį, bei kitus sistemos saugumo ir instaliacijos elementus) nuo impulsinių įtampos padidėjimų (šuolių), kurie, savo ruožtu, saulės elektrinės sistemoje gali kilti dėl tiesioginės ar netiesioginės žaibų įtakos.
Elektrinės sistemos komponentai yra sukurti darbui su tam tikrais įtampos ir srovės dydžiais. Saulės elektrinių atveju - darbui iki 1500VDC ir atitinkamai jėgainės galiai priskirtos maksimalios srovės. Impulsiniai įtampos padidėjimai, priklausomai nuo žaibo išlydžio intensyvumo ir kabelio ilgio, momentiškai pakelia elektrinės sistemos įtampą, šitokiu būdu peržengdama tiek maksimalias komponentų įtampos, tiek srovės ribas.
Šiuolaikiniuose saulės elektrinių inverteriuose paprastai būna tiek DC, tiek AC pusėje implementuotos vidinės II arba III tipo viršįtampių apsaugos. Pagal gamintojus, inverteriuose suprojektuotų viršįtampio apsaugų pakanka užtikrinti minimaliai apsaugai nuo įtampos šuolių 10 metrų atstumu. Esant intensyvesniam žaibo išlydžiui, tikėtina, jog inverteryje sumontuoti viršįtampiai dėl perkrovos praras funkcionalumą, o tai reiškia, kad inverteris taps neveiksniu ir automatiškai kartu su tuo - visa sistema nustos veikti. Inverterio pakeitimas ir remontas paprastai gali užtrukti nemažai laiko, o savarankiškas įrangos tvarkymas automatiškai reikštų duodamos garantijos nutraukimą.
Visgi praktikoje pasitaiko, tiek dėl pastarųjų priežasčių, tiek dėl papildomo saugumo ir sistemos ilgaamžiškumo, papildomos DC ir AC viršįtampių apsaugos šalia inverterio. Papildomos viršįtampių apsaugos, esant didesnio pajėgumo įtampos svyravimams, apsaugos vidinius inverterio viršįtampių apsaugos elementus, perimdami dalį krūvio patys.
Viršįtampių ribotuvų montavimo rekomendacijos
Viršįtampių apsaugos įrenginiai turėtų būti montuojami šalia įrangos, kurią jie turi apsaugoti nuo įtampos šuolių. Įtampos padidėjimo amplitudė yra tiesiogiai proporcinga elektrinės sistemos induktyvumui, kuris, didėjant kabelio ilgiui, atitinkamai auga. Būtent dėl šios priežasties rekomenduojama, turint paskirstymo skydelius didesniu negu 10 m. atstumu nuo saulės modulių, integruoti papildomą viršįtampio apsaugą.
Įrenginys yra montuojamas elektros skydinėje (AC) dalyje. Šis įrenginys padės apsaugoti Jūsų namų įrangą nuo įtampos šuolių, viršijančių nustatytas normas. Įsirengiant saulės elektrinę rekomenduojame būtinai įsirengti ir šią AC dalies apsaugą.
Svarbūs aspektai renkantis ir naudojant viršįtampių ribotuvus
- Tinklo apsaugos klasė: Apsaugos klasės gali skirtis priklausomai nuo to, ar ribotuvas yra skirtas mažesniems įrenginiams (pvz., gyvenamųjų namų elektros tinklui) ar didesnėms pramoninėms instaliacijoms.
- Įrenginio greitis ir jautrumas: Reikalingas greitas reagavimo laikas (mažesnė nei 1 mikrosekundė), kad būtų užtikrintas greitas viršįtampių sugėrimas ir energijos nukreipimas.
- Priklausomybė nuo tinkamo įžeminimo: Norint, kad viršįtampių ribotuvas veiktų efektyviai, jis turi būti teisingai prijungtas prie žemės.
- Reikalinga reguliari priežiūra: Nors ribotuvai dažnai yra ilgaamžiai, jie vis tiek reikalauja periodinio patikrinimo, kad būtų užtikrintas jų efektyvumas.
Statistika apie žaibo sukeltus gedimus
Statistiškai, 2021 metų duomenimis, Lietuvos teritorijoje buvo užfiksuoti 123 tūkst. žaibo išlydžiai, iš kurių 97% pasitaikė vasaros metu. Vokietijoje taip pat vienam kvadratiniam kilometrui, priklausomai nuo regiono, tenka iki 5 žaibo išlydžių. Remiantis Vokietijos draudimo bendrovių pastarųjų dešimtmečių duomenimis, nuo 28% iki 32,6% visų saulės elektrinių gedimų atvejų yra sukeliami dėl tiesioginių arba netiesioginių žaibo išlydžių. Pietinės Afrikos dalyje žaibų išlydžiai sudaro apie 31,2% visų defektų, kai tuo tarpu Japonijoje, netiesioginė žaibų išlydžių įtaka sudaro apie 24,8%.
Statistika akivaizdžiai teigia, jog potencialių gedimų mąstas dėl žaibų išlydžių yra per didelis, jog būtų nepaisomas.
tags: #virs #itampos #ribotuvas #veikimo #principas