Villámvédelmi berendezések

A villámvédelmi berendezések a modern villamos és egyéb technológiák révén megakadályozzák a berendezés villámcsapását. A villámvédelmi berendezések feloszthatók villámvédelemre, áramellátási aljzatra, antennavezető védelemre, jelzőlámpás védelemre, villámvédelmi tesztelő eszközökre, mérési és ellenőrzési rendszer villámvédelemre, földelőoszlop-védelemre.

A külterületi villámvédelem és az IEC (nemzetközi elektrotechnikai bizottság) szabvány szerinti többszintű védelem elmélete szerint a b szintű villámvédelem az első szintű villámvédelmi eszközhöz tartozik, amely a fő elosztószekrényben alkalmazható. Az épület; A C osztály a második szintű villámvédelmi eszközhöz tartozik, amelyet az épület aláramkörű elosztószekrényében használnak; A D osztály egy harmadik osztályú villámhárító, amelyet a fontos berendezések elülső részén alkalmaznak a finom védelem érdekében.

Áttekintés / Villámvédelmi berendezések

Az információs kor napjainkban a számítógépes hálózat és a kommunikációs berendezések egyre kifinomultabbak, munkakörnyezete egyre igényesebbé válik, és a mennydörgés, villámlás és a nagy elektromos berendezések pillanatnyi túlfeszültsége egyre gyakrabban lesz áramellátás, antenna, rádiójel a berendezés vezetékeinek küldésére és fogadására a beltéri elektromos berendezésekbe és a hálózati berendezésekbe, berendezésekbe vagy alkatrészekben bekövetkezett károk, balesetek, az interferencia vagy elveszett adatok továbbítása vagy tárolása, vagy akár elektronikus berendezések gyártása helytelen működés vagy szünet, ideiglenes bénulás, rendszeradat-továbbítás érdekében megszakítás, LAN és wan. Kártétele feltűnő, a közvetett veszteség több, mint általában a közvetlen gazdasági veszteség. A villámvédelmi berendezések a modern villamos és egyéb technológiák révén megakadályozzák a berendezés villámcsapását.

Váltó / villámvédelmi berendezések

Amikor az emberek tudják, hogy a mennydörgés elektromos jelenség, imádatuk és a mennydörgéstől való félelmük fokozatosan eltűnik, és elkezdik megfigyelni ezt a titokzatos természeti jelenséget tudományos szempontból, abban a reményben, hogy a villámtevékenységet az emberiség javára használják vagy irányítják. Franklin több mint 200 évvel ezelőtt átvette a vezetést a technológiában, és kihívást jelentett a mennydörgésre, és feltalálta, hogy a villámhárító valószínűleg az első a villámvédelmi termékek közül, sőt, amikor Franklin feltalálta a villámhárítót, az az, hogy a fémrudak funkciója integrálható a mennydörgésfelhő töltés-kisülésébe, csökkentheti a felhő és a föld közötti mennydörgés elektromos mezőjét a levegő lebomlásának szintjére, a villámlás elkerülése érdekében, ezért a villámhárító követelményeinek ki kell tűnni. De a későbbi kutatások kimutatták, hogy a villámhárító nem képes elkerülni a villám, villámhárító előfordulását, megakadályozhatja a villámlást, mert a tornyosulás megváltoztatta a légköri elektromos teret, a zivatarfelhők széles skáláját mindig a villám kisütése jelenti, vagyis: a villámhárító könnyebben reagál a körülötte lévő egyéb tárgyakra, villámhárító védelemre, amelyet villám és más tárgyak ütnek el, ez a villámhárító villámvédelmi elve. További tanulmányok kimutatták, hogy a villámhárító villámcsapási hatása szinte összefügg a magasságával, de nem a megjelenésével, ami azt jelenti, hogy a villámhárító nem feltétlenül hegyes. Most a villámvédelmi technológia területén ezt a fajta villámvédelmi eszközt villámreceptornak hívják.

Fejlesztő / villámvédelmi berendezések

A villamos energia széles körű felhasználása elősegítette a villámvédelmi termékek fejlesztését. Amikor a nagyfeszültségű átviteli hálózatok több ezer háztartás számára biztosítanak áramot és világítást, a villámlás nagyban veszélyezteti a nagyfeszültségű átviteli és átalakító berendezéseket is. A nagyfeszültségű vezetéket magasan állítják fel, a távolság nagy, a terep összetett, és könnyű eltalálni a villámcsapást. A villámhárító védelmi köre nem elegendő a távvezetékek több ezer kilométeres védelméhez. Ezért a villámvédelmi vonal új típusú villám-receptorként jelent meg a nagyfeszültségű vezetékek védelmében. A nagyfeszültségű vezeték védelme után a nagyfeszültségű vezetékhez csatlakoztatott áram- és elosztóberendezések továbbra is megsérülnek a túlfeszültség miatt. Megállapították, hogy ez az „indukciós villámoknak” köszönhető. (Az induktív villámokat közvetlen villámcsapások indukálják a közeli fémvezetőkben. Az induktív villám két különböző érzékelési módszerrel behatolhat a vezetőbe. Először is, elektrosztatikus indukció: amikor a felhő felhője felhalmozódik, a közeli vezető is indukál , amikor a villám beüt, a zivatarfelhőben lévő töltés gyorsan felszabadul, és a vezetőben a zivatarfelhő elektromos mező által kötött statikus elektromosság is a vezető mentén áramlik, hogy megtalálja a kioldó csatornát, amely áramot képez az áramkör impulzusában. A második az elektromágneses indukció: amikor a zivatarfelhő kisüt, a gyorsan változó villámáram erős átmeneti elektromágneses teret generál körülötte, ami nagy indukált elektromotoros erőt produkál a közeli vezetőben. Tanulmányok kimutatták, hogy az elektrosztatikus indukció által okozott túlfeszültség több -szor nagyobb, mint az elektromágneses indukció által okozott túlfeszültség . A mennydörgés túlfeszültséget vált ki a nagyfeszültségű vezetékben, és a vezeték mentén továbbjut a hozzá csatlakoztatott haj- és áramelosztó berendezéshez. Ha ezeknek az eszközöknek az ellenállási feszültsége alacsony, akkor az indukált villám megsérti. A vezeték túlfeszültségének elnyomására embereket találtak ki.

A korai vonalzárók szabadtéri rések voltak. A levegő bontási feszültsége nagyon magas, kb. 500 kV / m, és amikor nagyfeszültségű bontja, csak néhány volt kisfeszültségű. A levegő ezen jellemzőjének felhasználásával korai vonalzárót terveztek. Az egyik vezeték egyik végét csatlakoztatták az elektromos vezetékhez, a másik vezeték egyik végét földelték, és a két vezeték másik végét egy bizonyos távolság választotta el, így két légrés alakult ki. Az elektróda és a hézagtávolság határozza meg a levezető megszakítási feszültségét. A megszakítási feszültségnek valamivel magasabbnak kell lennie, mint az elektromos vezeték üzemi feszültsége. Amikor az áramkör rendesen működik, a légrés egyenértékű egy nyitott áramkörrel, és nem befolyásolja a vezeték normál működését. A túlfeszültség behatolásakor a légrés megtörik, a túlfeszültséget nagyon alacsony szintre szorítják, és a túláramot is a légrésen keresztül a földbe engedik, ezzel megvalósítva a villámhárító védelmét. Túl sok hiányosság van a nyitott résben. Például a meghibásodási feszültséget nagyban befolyásolja a környezet; a levegő kisülése oxidálja az elektródot; a légív kialakulása után több váltakozó áramú ciklusra van szükség az ív eloltásához, ami villámhárító vagy vezetékhibát okozhat. A jövőben kifejlesztett gázkisülési csövek, csőlezárók és mágneses ütésgátlók nagyrészt legyőzték ezeket a problémákat, de ezek továbbra is a gázkisülés elvén alapulnak. A gázkisülés-levezetők belső hátrányai a nagy ütésű megszakító feszültség; hosszú kisütési késés (mikroszekundum szint); meredek maradékfeszültség hullámforma (a dV / dt nagy). Ezek a hiányosságok meghatározzák, hogy a gázkisülés-levezetők nem túl ellenállóak az érzékeny elektromos berendezésekkel szemben.

A félvezető technológia fejlődése új villámvédelmi anyagokat nyújt számunkra, például Zener diódákat. Volt-amper jellemzői összhangban vannak a vezeték villámvédelmi követelményeivel, de a villámáram áteresztőképessége gyenge, így a közönséges szabályozó csövek nem használhatók közvetlenül. villámhárító. Korai félvezető A levezető szilícium-karbid anyagból készült szelepelzáró, amelynek hasonló volt-amper jellemzői vannak, mint a Zener csőnek, de erősen képes áthaladni a villámáramon. A fém-oxid félvezető varisztort (MOV) azonban nagyon gyorsan felfedezték, és annak volt-amper jellemzői jobbak, és számos előnye van, például a gyors válaszidő és a nagy áramkapacitás. Ezért a MOV vonalvezetõket jelenleg széles körben használják.

A kommunikáció fejlődésével sok villámhárító került elő a kommunikációs vonalakhoz. A kommunikációs vonal átviteli paramétereinek korlátai miatt az ilyen levezetőknek figyelembe kell venniük az átviteli paramétereket befolyásoló tényezőket, például a kapacitást és az induktivitást. Villámvédelmi elve azonban alapvetően megegyezik a MOV-val.

Típus / Villámvédelmi berendezések

A villámvédelmi berendezések nagyjából típusokra oszthatók: tápfeszültségű villámvédő eszköz, tápfeszültség-csatlakozó aljzat és antenna-tápvezeték-védők, jelzőlámpás elzárók, villámvédelmi teszteszközök, mérő- és vezérlőrendszerek villámvédelmi eszközei és földvédők.

Az áramellátás villámhárítója három szintre oszlik: B, C és D. A zónás villámvédelem és a többszintű védelem elméletének IEC (Nemzetközi Elektrotechnikai Bizottság) szabványa szerint a B osztályú villámvédelem az első szintes villámvédelmi eszköz és alkalmazható az épület fő áramelosztó szekrényére; A villámszerkezetet az épület elosztó szekrényére alkalmazzák; a D osztály egy harmadik szintű villámvédelmi eszköz, amelyet a fontos berendezések elülső részén alkalmaznak a berendezések finom védelme érdekében.

A kommunikációs vonali jelzőlámpák le vannak osztva B, C és F szintekre az IEC 61644. követelményei szerint. Alapvédelem alapvédelmi szintje (durva védelmi szint), C szint (kombinált védelem) átfogó védelmi szint, F osztály (közepes és finom) védelem) közepes és finom védelmi szint.

Mérő és vezérlő eszközök / Villámvédelmi berendezések

A mérő- és vezérlőberendezések sokféle alkalmazási lehetőséggel rendelkeznek, például gyártóberendezések, épületfelügyelet, fűtési rendszerek, figyelmeztető készülékek stb. A villámok vagy más okok által okozott túlfeszültségek nemcsak a vezérlőrendszert, hanem a drága átalakítókat is károsítják. és érzékelők. Az ellenőrzési rendszer meghibásodása gyakran a termék elvesztését és a termelésre gyakorolt ​​hatást eredményezi. A mérő- és vezérlőegységek általában érzékenyebbek, mint az energiarendszer reakciói a túlfeszültségekre. A villámvédő mérő- és vezérlőrendszerbe történő kiválasztásakor és telepítésekor a következő tényezőket kell figyelembe venni:

1, a rendszer maximális üzemi feszültsége

2, a maximális üzemi áram

3, a maximális adatátviteli frekvencia

4, hogy engedélyezzük-e az ellenállás értékének növekedését

5, hogy a vezetéket az épület külsejéről importálják-e, és hogy az épület rendelkezik-e külső villámvédelmi eszközzel.

Kisfeszültségű áramtalanító / Villámvédelmi berendezések

A volt posta- és távközlési osztály elemzése azt mutatja, hogy a kommunikációs állomás villámcsapások baleseteinek 80% -át a villámhullámnak az elektromos vezetékbe történő behatolása okozza. Ezért a kisfeszültségű váltakozó áramú levezetők nagyon gyorsan fejlődnek, míg a fő MOV anyagú villámhárítók domináns helyet foglalnak el a piacon. A MOV-levezetőknek sok gyártója van, és termékeik különbségeit elsősorban a következők mutatják:

Áramlási kapacitás

Az áramlási kapacitás az a maximális villámáram (8 / 20μs), amelyet a levezető képes ellenállni. Az Információs Minisztérium „A kommunikációs mérnöki villamosenergia-rendszer villámvédelmének műszaki szabályai” előírja a villámhárító áramellátását az áramellátáshoz. Az első szintű leállás nagyobb, mint 20KA. A forgalomban levő levezető jelenlegi túlfeszültség-kapacitása azonban egyre nagyobb. A nagy áramot tartó elzárót nem könnyítik meg a villámcsapások. Növeli a kis villámáram tűrésének számát, és a maradék feszültség is kissé csökken. A redundáns párhuzamos technológiát alkalmazzák. A leállító javítja a képesség védelmét is. Az elzáró kárt azonban nem mindig okoznak villámcsapások.

Jelenleg azt javasolták, hogy 10/350 μs áramhullámot kell használni a villámhárító kimutatására. Ennek oka, hogy az IEC1024 és az IEC1312 szabvány 10/350 μs hullámot használ a villámhullám leírásakor. Ez az állítás nem teljes körű, mert az IEC8-ben a levezető megfelelő számításakor továbbra is a 20 / 1312μs áramhullámot használják, és az IEC8 „SPD” - Selection Principle ”szerint is a 20 / 1643μs hullámot használják. hullámforma az elzáró detektálására (SPD). Ezért nem mondható el, hogy a levezető áramlási kapacitása a 8/20 μs hullámmal elavult, és nem mondható el, hogy a 8/20 μs hullámú levezető áramlási kapacitása nem felel meg a nemzetközi szabványoknak.

Védje az áramkört

A MOV levezető meghibásodása rövidzárlatos és nyitott. Erős villámáram károsíthatja az elzárót és megszakadt áramköri hibát okozhat. Ekkor az elzáró modul alakja gyakran megsemmisül. A levezető az anyag hosszú ideig tartó öregedése miatt csökkentheti az üzemi feszültséget is. Amikor az üzemi feszültség a vezeték üzemi feszültsége alá csökken, a levezető megnöveli a váltakozó áramot, és a levezető hőt termel, ami végül tönkreteszi a MOV eszköz nemlineáris jellemzőit, ami a levezető részleges rövidzárlatát eredményezi. éget. Hasonló helyzet állhat elő a tápvezeték meghibásodása okozta üzemi feszültség növekedése miatt.

A levezető nyitott áramköri hibája nem befolyásolja az áramellátást. A megismeréshez ellenőrizni kell az üzemi feszültséget, ezért a levezetőt rendszeresen ellenőrizni kell.

A levezető rövidzárlati hibája befolyásolja az áramellátást. Ha súlyos a hő, a vezeték megég. Az áramellátás biztonságának biztosítása érdekében a riasztó áramkört védeni kell. Korábban a biztosíték sorosan volt csatlakoztatva a levezető modulon, de a biztosítéknak biztosítania kell a villámáramot és a fújt rövidzárlati áramot. Technikailag nehéz megvalósítani. Különösen a levezető modul többnyire rövidzárlatos. A rövidzárlat alatt áramló áram nem nagy, de a folyamatos áram elegendő ahhoz, hogy a főként az impulzusáram kisütésére szolgáló villámvédő erősen felmelegedjen. A később megjelenő hőmérséklet-leválasztó eszköz jobban megoldotta ezt a problémát. Az eszköz leválasztási hőmérsékletének beállításával észlelték a levezető részleges rövidzárlatát. Miután a levezető fűtőberendezése automatikusan lekapcsolódott, a fény, az elektromos és az akusztikus riasztási jeleket adták.

Maradék feszültség

Az Információs Minisztérium „A kommunikációs mérnöki villamosenergia-rendszerek villámvédelmének műszaki szabályai” (YD5078-98) szabvány minden szinten konkrét követelményeket támasztott a villámhárítók maradékfeszültségével kapcsolatban. Azt kell mondani, hogy a szabvány követelményei könnyen teljesíthetők. A MOV levezető maradékfeszültsége a működési feszültsége 2.5-3.5-szerese. A közvetlen párhuzamos egyfokozatú levezető maradék feszültségkülönbsége nem nagy. A maradékfeszültség csökkentésének intézkedése az üzemi feszültség csökkentése és a levezető áramkapacitásának növelése, de az üzemi feszültség túl alacsony, és az instabil tápellátás által okozott levezető károsodás megnő. Néhány külföldi termék már a korai szakaszban belépett a kínai piacra, az üzemi feszültség nagyon alacsony volt, és később jelentősen megnövelte az üzemi feszültséget.

A maradék feszültséget egy kétfokozatú levezetővel lehet csökkenteni.

Amikor a villámhullám behatol, az 1 levezető kisül, és a keletkező maradék feszültség V1; az 1 levezetőn keresztül áramló áram I1;

A 2 levezető maradék feszültsége V2, és az áramló áram I2. Ez: V2 = V1-I2Z

Nyilvánvaló, hogy a 2 levezető maradékfeszültsége alacsonyabb, mint az 1 levezető maradékfeszültsége.

Vannak olyan gyártók, amelyek kétfázisú villámhárítót biztosítanak az egyfázisú tápegység villámvédelméhez, mert az egyfázisú tápellátás teljesítménye általában 5KW alatt van, a hálózati áram nem nagy, és az impedancia induktivitása könnyen feltekerhető. Vannak olyan gyártók is, amelyek háromfázisú kétlépcsős levezetőkkel rendelkeznek. Mivel a háromfázisú tápegység teljesítménye nagy lehet, a levezető terjedelmes és drága.

A szabványban a villanyvezetéket több szakaszban kell felszerelni az elektromos vezetékre. Valójában a maradékfeszültség csökkentésének hatása érhető el, de a huzal öninduktivitását felhasználják a leválasztók közötti izolációs impedancia induktivitáshoz minden szinten.

A levezető maradékfeszültsége csak a levezető műszaki mutatója. A berendezésen alkalmazott túlfeszültség a maradékfeszültségen is alapul. Hozzáadódik az a villanyvezetéknek az elektromos vezetékre csatlakoztatott két vezetője és a testvezeték által generált további feszültség. Ezért a helyes telepítést hajtják végre. A villámhárítók szintén fontos intézkedések a berendezések túlfeszültségének csökkentésére.

Egyéb / Villámvédelmi berendezések

A leállító villámcsapás-számlálókat, felügyeleti interfészeket és különböző telepítési módszereket is biztosíthat a felhasználói igényeknek megfelelően.

Kommunikációs vonal levezető

A kommunikációs vezetékek villámhárítójának műszaki követelményei magasak, mert a villámvédelmi technológia követelményeinek való megfelelés mellett gondoskodni kell arról, hogy az átviteli jelzők megfeleljenek a követelményeknek. Ezenkívül a kommunikációs vezetékre csatlakoztatott berendezések alacsony ellenállóképességűek, a villámvédelmi eszköz maradékfeszültsége szigorú. Ezért nehéz kiválasztani a villámvédelmi eszközt. Az ideális kommunikációs vonali villámvédelmi eszköznek kis kapacitással, alacsony maradékfeszültséggel, nagy áramárammal és gyors reagálással kell rendelkeznie. Nyilvánvaló, hogy a táblázatban szereplő eszközök nem ideálisak. A kisülőcső szinte minden kommunikációs frekvenciához használható, de villámvédelmi képessége gyenge. A MOV kondenzátorok nagyméretűek és csak hangátvitelre alkalmasak. A TVS gyenge a villámáram ellenállóképességében. Védőhatások. A különféle villámvédelmi eszközöknek az áramhullámok hatása alatt különböző maradékfeszültség-hullámformájuk van. A maradékfeszültség hullámalakjának jellemzői szerint a leválasztó kapcsoló típusra és feszültséghatár típusra osztható, vagy a két típus kombinálható az erősség megteremtése és a rövidzárlat elkerülése érdekében.

A megoldás az, ha két különböző eszközt használunk egy kétlépcsős levezető kialakításához. A sematikus ábra megegyezik a tápegység kétfokozatú levezetőjével. Csak az első szakasz használ kisülési csövet, a köztes szigetelő ellenállás ellenállást vagy PTC-t, a második szakasz pedig egy TVS-t használ, így az egyes eszközök hossza kifejthető. Egy ilyen villámhárító akár néhány tíz MHZ is lehet.

A magasabb frekvenciájú levezetők főként kisülési csöveket használnak, például mobil adagolókat és személyhívó antenna adagolókat, különben nehéz megfelelni az átviteli követelményeknek. Vannak olyan termékek is, amelyek a felüláteresztő szűrő elvét alkalmazzák. Mivel egy villámhullám energiaspektruma több kilohertz és több száz kilohertz közé koncentrálódik, az antenna frekvenciája nagyon alacsony, és a szűrő könnyen előállítható.

A legegyszerűbb áramkör az, ha a kisfrekvenciás maghuzallal párhuzamosan egy kis magú induktivitást csatlakoztatunk, és így felüláteresztő szűrő-levezető képződik. A pontfrekvenciás kommunikációs antenna esetében negyedhullámú rövidzárlati vonal is felhasználható sáváteresztő szűrő kialakításához, és a villámvédelmi hatás jobb, de mindkét módszer rövidzárlatba hozza az antenna adagolóvezetékén továbbított egyenáramot , és az alkalmazási tartomány korlátozott.

Földelő eszköz

A földelés a villámvédelem alapja. A szabvány által meghatározott földelési módszer vízszintes vagy függőleges földelő oszlopok használata fémprofilokkal. Erős korróziójú területeken a horganyzás és a fémprofilok keresztmetszeti területe alkalmazható a korrózióval szemben. Nemfémes anyagok is használhatók. A vezető földelő pólusként működik, például grafit földelektródként és portlandcement földelektródként. Ésszerűbb módszer a modern építészet alapvető megerősítésének használata a talajrúdként. A villámvédelem múltbeli korlátai miatt a földelési ellenállás csökkentésének fontosságát hangsúlyozzák. Egyes gyártók különféle földelő termékeket vezettek be, állításuk szerint csökkentették a föld ellenállását. Ilyenek például az ellenállás-csökkentő, a polimer földelt elektróda, a nem fém földelt elektróda és így tovább.

Valójában a villámvédelem szempontjából megváltozott a földelés ellenállásának megértése, a földelő rács elrendezésének követelményei magasak, és az ellenállási követelmények enyhültek. A GB50057–94 dokumentumban csak a különféle épületek földelő hálózati formáit hangsúlyozzák. Nincs ellenállási követelmény, mert az ekvipotenciális elv villámvédelmi elméletében a földhálózat csak teljes potenciális referenciapont, nem abszolút nulla potenciálpont. A talajrács alakja szükséges az potenciáligényekhez, és az ellenállás értéke nem logikus. Természetesen nincs semmi baj abban, hogy alacsony földelési ellenállást érjünk el, amikor a körülmények megengedik. Ezenkívül az áramellátás és a kommunikáció követelményeket támaszt a földelési ellenállással szemben, ami meghaladja a villámvédelmi technológia körét.

A földelési ellenállás elsősorban a talaj ellenállásával, valamint a talaj és a talaj közötti érintkezési ellenállással függ össze. A talaj kialakításakor összefügg a talaj alakjával és számával is. Az ellenállás-csökkentő és a különféle földelőelektródák nem javítják a talaj és a talaj közötti érintkezési ellenállást vagy érintkezést. terület. A talaj ellenállása azonban meghatározó szerepet játszik, és a többit viszonylag könnyű megváltoztatni. Ha a talaj ellenállása túl nagy, csak a talaj cseréjének vagy a talaj javításának mérnöki módszere lehet hatékony, más módszerek pedig nehezen működnek.

A villámvédelem régi téma, de még mindig fejlődik. Azt kell mondani, hogy nincs kipróbálható termék. A villámvédelmi technológiában még sok mindent fel kell tárni. Jelenleg a villámenergia-termelés mechanizmusa még mindig nem világos. A villámindukció kvantitatív kutatása szintén nagyon gyenge. Ezért villámvédelmi termékek is fejlődnek. Néhány új termék, amelyet villámvédelmi termékek igényelnek, Ezt a gyakorlatban tudományos hozzáállással kell tesztelni, és elméletileg fejleszteni. Mivel maga a villám kicsi valószínűségi esemény, jótékony eredmények eléréséhez sok hosszú távú statisztikai elemzésre van szükség, amelynek eléréséhez minden fél együttműködése szükséges.