Технические меры по защите высоковольтных плавких предохранителей от колебаний напряжения 

Влияние колебаний напряжения на высоковольтные плавкие предохранители

Высоковольтные плавкие предохранители, как важные защитные устройства в энергосистеме, напрямую влияют на безопасную и стабильную работу электросети. Колебания напряжения — это изменения амплитуды напряжения в электрической системе за короткий период времени. Эти изменения могут быть вызваны различными факторами, такими как резкие изменения нагрузки, короткие замыкания, потеря возбуждения генератора, запуск крупных электродвигателей и др.

Влияние колебаний напряжения на высоковольтные плавкие предохранители проявляется в следующих аспектах:

1.Изменение характеристик плавкости: время срабатывания предохранителя тесно связано с протекающим током и приложенным напряжением. Колебания напряжения могут смещать рабочую точку предохранителя относительно проектного значения, что может вызвать ложное срабатывание или задержку срабатывания.

2.Влияние на изоляционные свойства: слишком высокое напряжение ускоряет старение изоляционных материалов внутри предохранителя и снижает его прочность; слишком низкое напряжение может привести к недостаточной способности гасить дугу, что влияет на отключающую способность.

3.Изменение механических напряжений: изменения тока, вызванные колебаниями напряжения, создают различные электромагнитные силы, которые могут подвергать внутреннюю структуру предохранителя дополнительным механическим нагрузкам.

4.Эффект повышения температуры: изменения тока, сопровождающие колебания напряжения, вызывают колебания температуры предохранителя, что при длительном воздействии ускоряет старение материалов.

Конструктивные меры высоковольтных предохранителей для реагирования на колебания напряжения

1.Выбор материалов и оптимизация структуры

Современные высоковольтные предохранители используют плавкие вставки из специальных сплавов, обладающих точной кривой зависимости точки плавления от сопротивления, что обеспечивает стабильные характеристики срабатывания при широком диапазоне напряжений. Структура плавкой вставки чаще всего имеет многоступенчатую конструкцию с частями разного сечения, что гарантирует надежное срабатывание при различных токах перегрузки.

Изоляционные материалы выбираются с высокой атмосферостойкостью и стабильными диэлектрическими свойствами, например силиконовая резина, эпоксидная смола и другие композиты. Эти материалы сохраняют стабильные изоляционные свойства при температурах от -40°C до 70°C и эффективно противостоят изменениям прочности изоляции, вызванным колебаниями напряжения.

2.Проектирование системы гашения дуги

Современная система гашения дуги является ключевым элементом высоковольтных предохранителей для защиты от колебаний напряжения.

В современных высоковольтных предохранителях часто используют:

(1).Многоступенчатую конструкцию камеры гашения дуги: с помощью сегментированной структуры дугу разделяют на несколько коротких дуг, повышая эффективность гашения

(2).Применение газообразующих материалов: на внутренней поверхности камеры гашения дуги размещают специальные газообразующие материалы, которые под воздействием высокой температуры дуги выделяют большое количество газа, усиливая способность к гашению

(3).Технологию магнитного дутья дуги: с помощью электромагнитной силы дугу удлиняют и охлаждают, повышая прерывающую способность при высоком напряжении

Эти конструкции позволяют предохранителю поддерживать стабильную прерывающую способность в диапазоне от 80% до 120% номинального напряжения.

3.Проектирование термостойкости

Для противодействия изменениям температуры, вызванным колебаниями напряжения, высоковольтные предохранители принимают следующие меры:

(1).Оптимизация теплоотводящей конструкции: повышение эффективности отвода тепла за счет увеличения площади теплоотвода и оптимизации воздушных каналов

(2).Конструкция с температурной компенсацией: добавление в материалы плавкой вставки чувствительных к температуре элементов для компенсации воздействия изменений температуры окружающей среды

(3).Расчет теплоемкости: точный расчет теплоемкости всех компонентов, чтобы предотвратить локальный перегрев при колебаниях напряжения

Стратегии реагирования в процессе эксплуатации и обслуживания

1.Регулярная проверка и техническое обслуживание

Создание ной системы проверки является важным гарантией обеспечения того, чтобы высоковольтные предохранители справлялись с колебаниями напряжения:

(1).Инфракрасный измерение температуры: периодически использовать инфракрасную тепловизионную камеру для проверки распределения температуры предохранителя и выявления аномальных горячих точек

(2).Измерение контактного сопротивления: контролировать изменения сопротивления в местах контакта предохранителя, предотвращая плохой контакт

(3).Испытание изоляционного сопротивления: регулярно измерять изоляционное сопротивление, оценивая состояние изоляции

(4).Механическая проверка: проверять механические характеристики опорной конструкции предохранителя, соединительных элементов и других механических частей、

2.Оптимизация рабочей среды

(1).Меры против загрязнения: в районах с сильным загрязнением увеличить частоту уборки или использовать антипыльные покрытия

(2).Укрепление от ветра: усилить установки и крепежи, чтобы предотвратить вибрацию механизмов при сильном ветре

(3).Защита от влаги: в сырых районах проверять герметичность, при необходимости применять дополнительные меры защиты от влаги

3.Применение технологий умного мониторинга

С развитием технологий Интернета вещей, системы умного мониторинга предоставляют новые средства для реагирования высоковольтных плавких предохранителей на колебания напряжения:

(1).Устройства онлайн-мониторинга: в реальном времени отслеживают параметры предохранителя, такие как ток и температура, определяя аномальные состояния с помощью алгоритмов

(2).Система предупреждения о неисправностях: прогнозирует потенциальные неисправности на основе исторических данных и рабочих параметров

(3).Платформа удаленной диагностики: загружает данные мониторинга на облачную платформу для удаленной диагностики экспертами

Меры реагирования в особых рабочих условиях

1.Защита от перенапряжений, вызванных молнией

Мгновенные высокие напряжения, вызванные молниями, являются одним из самых серьезных вызовов для высоковольтных предохранителей:

(1).Использование вместе с разрядниками: установка разрядников с соответствующими параметрами рядом с предохранителем

(2).Повышение изоляционной координации: обеспечение того, чтобы импульсное напряжение молнии, выдерживаемое предохранителем, превышало требования системы

(3).Оптимизация места установки: избегать установки в местах, подверженных прямым ударам молнии

2.Защита от перенапряжений при эксплуатации

Защита от перенапряжений, вызванных операцией переключателей, включает:

(1).Использование предохранителей с ограничением тока: ограничение скорости нарастания тока короткого замыкания, снижение эксплуатационного перенапряжения

(1).Устройства поглощения RC: установка сопротивления и конденсатора в подходящих местах

(1).Технология синхронного разрыва: контроль момента разрыва для избегания пиков напряжения

3.Тенденции будущего развития

Для лучшего реагирования на всё более сложную среду электросети и вызовы, связанные с колебаниями напряжения, технология высоковольтных предохранителей развивается в следующих направлениях:

(1).Технология адаптивного плавкого элемента: интеллектуальные предохранители, способные автоматически регулировать характеристики в зависимости от состояния системы

(2).Новые среды дугогашения: исследование технологий дугогашения на основе газов-заменителей SF6 или вакуума

(3).Применение материаловедения: использование наноматериалов, высокотемпературных сверхпроводников и др. в предохранителях

(4).Технология цифровых двойников: создание цифровых моделей предохранителей для управления на протяжении всего жизненного цикла

Заключение

Высоковольтные предохранители для противодействия колебаниям напряжения представляют собой системный проект, требующий комплексных мер на всех этапах — от проектирования и производства до установки, наладки и эксплуатации. По мере развития электроэнергетических систем в направлении интеллектуализации и высокой надежности технологии высоковольтных предохранителей также будут продолжать совершенствоваться, обеспечивая более надежную защиту стабильной работы энергосистемы. Электроэнергетические специалисты должны полностью осознавать влияние колебаний напряжения, овладевать методами реагирования, чтобы предохранители могли выполнять свою защитную функцию при любых условиях работы.