Analiza vzrokov eksplozije 10kV odvodnika strele iz cinkovega oksida
1. Analiza vzrokov eksplozije 10kV odvodnika strele iz cinkovega oksida
Trenutno se v 10 kV distribucijskih omrežjih uporablja veliko število odvodnikov strele iz cinkovega oksida (ZnO) (imenovanih tudi odvodnik prenapetosti) za distribucijo električne energije, da se prepreči poškodba opreme za distribucijo električne energije pod prenapetostjo strele. Med delovanjem se nekateri odvodniki cinkovega oksida pokvarijo zaradi težav s kakovostjo ter nezadostnega delovanja in vzdrževanja. Po okvari je 10kV distribucijski vod priključen na tla preko odvodnika cinkovega oksida. V tem primeru je treba napako izolacije odpraviti z izpadom električne energije. Zato se zanesljivost napajanja do določene mere zmanjša.
1. Analiza vzroka okvare odvodnika cinkovega oksida
Primer 1: Na 10 kV distribucijskem vodu je prišlo do zemeljske napake. Pri pregledu linije je bila ugotovljena okvara odvodnika cinkovega oksida. Po zamenjavi odvodnika cinkovega oksida je bil vod ponovno uspešno zagnan. Potem ko je bil okvarjen odvodnik cinkovega oksida razstavljen in je bilo ugotovljeno, da je bil njegov plašč iz silikonske gume pokvarjen in da je bil očiten obločni kanal ob strani ventilske plošče odvodnika cinkovega oksida' vendar disk ventila' ni počil ali zlomil. Ker nobeden od diskov ventilov (skupaj 4) ni bil pokvarjen, to pomeni, da se diski ventila' niso pokvarili. Če se pokvari, zaradi česar se odvodnik cinkovega oksida pokvari, se okvara prikaže kot eksplozija diska ventila in ne bočno utripanje. V tem primeru je zračna reža med ploščo ventila odvodnika cinkovega oksida in izolacijskim cilindrom, dihanje votline pa lahko zlahka povzroči vdor vlage. Vlaga se nabira na strani diska ventila, kar zmanjša izolacijsko moč stranske površine. Pod delovanjem prenapetosti pride do preskoka vzdolž strani ventilskega diska in tako nastane obločni kanal.
Primer 2: To je okvara odvodnika cinkovega oksida. Odvodnik iz cinkovega oksida je bil razstavljen in ni bilo najdenih nobenih korodiranih notranjih kovinskih delov, izpustov znotraj diskov ventilov in aluminijevih brizganih površin, na strani ventilskega diska pa je bil ugotovljen le obločni kanal. Vzrok za stransko utripanje je, da proizvajalec sprejme vbrizgavanje lepila, da odstrani votlino med ploščo zapornega ventila iz cinkovega oksida in zunanjim izolacijskim cilindrom. Temperatura injiciranja je visoka,približno 200°C.Zaradi velike razlike v koeficientu toplotnega raztezanja med izolacijsko glazuro in ploščo ventila lahko visokotemperaturno vbrizgavanje lepila povzroči drobne razpoke v izolacijski glazuri, kar povzroči padec njene izolacijske trdnosti in preskok pod prenapetostjo.
V zgornjih 2 primerih je bila analizirana okvara utripanja na strani ventila. V kombinaciji drugih primerov okvar se šteje, da so glavni vzroki stranskega utripanja i) vdor vlage zaradi slabega tesnjenja; (ii) poškodovana izolacijska glazura na strani diska ventila; (iii) slaba površina med ploščo ventila in zunanjo izolacijo in tako. Posledica teh vzrokov je nizka stranska izolacijska trdnost. Prišlo je do okvare ventila in ozemljitve v 10 kV vodu. Pri linijskem pregledu je bilo ugotovljeno, da je počil odvodnik cinkovega oksida. Po zamenjavi je linija spet delovala normalno. Po razstavitvi okvarjenega odvodnika iz cinkovega oksida so ugotovili, da je njegov plašč iz silikonske gume pokvarjen, dva ventila sta počena in dva razbita; vendar ni bilo videti sledi stranskega utripanja. Na podlagi videza okvare in značilnosti poškodbe plošče ventila pri različnih tokovih je bil analiziran razlog za poškodbo diska ventila. Odvodnik cinkovega oksida je bil izpostavljen prenapetosti strele, zaradi česar je tok strele tekel skozi ventil ventila. Ker je tak tok strele impulzni tokovni val, je bila gostota toka zelo velika. Impulzni tok pa ni enakomerno razporejen v ventilu. Ko trenutna gostota impulza strele v lokalnem ventilskem kolutu preseže dovoljeno mejno vrednost, se ventil ventila uniči. Ker tok strele vsebuje malo energije, se disk ventila na splošno ne zlomi ali eksplodira, ampak samo poči. Razlog za zlom ventila: odvodnik strele iz cinkovega oksida je sestavljen iz 4 ventilskih diskov; v normalnih okoliščinah 4 ventili prenašajo napetost sistema; ko se dva od njih zlomita in pokvarita, se sistemska napetost dovaja na preostala dva ventilska diska, kar pospešuje njihovo degradacijo in na koncu vodi do uničenja ventilskih diskov pri napetosti napajalne frekvence.
Zaradi velike energije napajalnika napajalne frekvence se ventil ventila zlomi ali eksplodira. V skladu z najnovejšim standardom trenutnih odvodnikov cinkovega oksida bi morali biti odvodniki cinkovega oksida sposobni vzdržati dva udarca toka strele po 65 kA (ali 40 kA). V sistemu 10kV tok strele, večji od 65kA (ali 40kA), nemogoče teče skozi odvodnik cinkovega oksida, ne more teči več kot. To je zato, ker obstajata dva načina, da tok strele teče skozi odvodnik cinkovega oksida: (1) val, ki prihaja vzdolž črte, (2) neposreden udar strele. Tok strele 65 kA (ali 40 kA) močno presega nivo odpornosti proti streli 10 kV voda, zato je nemogoče, da tok strelnega vala, ki prihaja vzdolž linije, presega 65 kA (ali 40 kA); če strela udari neposredno v stolp, lahko tok strele preseže 65 kA (ali 40 kA); ta vrednost veliko presega raven odpornosti proti streli 10 kV pol stolpa, kar bo povzročilo utripanje linije v več fazah, medfazni kratek stik in hitri prekinitev. V tem primeru je napaka le enofazna ozemljitev voda brez hitrega prekinitvenega izklopa, zato pride do neposrednega udara strele. Zato je nemogoče, da tok strele preseže 65 kA (ali 40 kA). Vidi se, da je vzrok za okvaro odvodnika cinkovega oksida: odvodnik cinkovega oksida ima slabo sposobnost, da prenese impulz strele; dva od njih počita pod vplivom toka strele, kar povzroči, da se preostali diski ventilov zlomijo in plašč poči.
2. Ukrepi proti nesrečam
Predlagani so naslednji protiukrepi za slabo sposobnost preprečevanja stranskega utripanja in sposobnost vzdržljivosti 10 kV distribucijskih ventilov za odvodnike cinkovega oksida:
1) Vnaprej preizkusite odvodnike cinkovega oksida in redno merite tokove uhajanja U mA in 0,75 U mA odvodnikov cinkovega oksida, da ugotovite, ali so pokvarjeni ali vlažni, in da jih čim prej učinkovito obravnavate.
2) V tehničnih specifikacijah navedite zahteve glede zmožnosti preprečevanja stranskega utripanja diskov zapornih ventilov iz cinkovega oksida. Med ploščo ventila in izolacijskim valjem mora obstajati struktura brez zračne reže, opredeliti pa je treba jasne zahteve za stopnjo toplotne odpornosti izolacijske glazure.
3) Zahtevana visokotokovna impulzna vzdržljivost plošče ventila je 65 kA (ta zmogljivost odraža sposobnost vzdržljivosti energije ventila).
4) Izberite proizvajalce z dobro kakovostjo izdelkov in dobrim ugledom.
3. Zaključek
Glavni način okvare 10 kV distribucijskih odvodnikov prenapetosti cinkovega oksida je stransko utripanje plošče ventila, ki je posledica slabega tesnjenja, poškodovane izolacijske zasteklitve ventilske plošče in slabega vmesnika med ploščo ventila in zunanjim izolacijo. Da bi izboljšali zanesljivost delovanja odvodnika cinkovega oksida, je treba pri izbiri odvodnika zagotoviti zmožnost preprečevanja stranskega utripanja in kakovost ventilskega diska ter izvesti poskusno vožnjo.