Rolhas de Tubulação — Dispositivo, Recursos, Aplicação, Vantagens e Desvantagens

O uso de pára-raios não exclui completamente os danos causados ​​por raios nas instalações elétricas, especialmente nas linhas elétricas, uma vez que a probabilidade de queda de raios nas linhas elétricas aéreas pode ser relativamente alta e, além disso, muitas vezes são realizadas sem nenhuma proteção dos condutores. . As sobretensões que ocorrem nas linhas durante a queda de raios atingem as subestações (por isso são chamadas de surtos) e podem representar um perigo para o isolamento dos equipamentos ali instalados.

Para evitar danos a qualquer estrutura isolante, inclua uma faísca, volt-segundo (cuja característica deve estar abaixo da característica volt-segundo do isolamento protegido.Se esta condição for atendida, a queda da onda de sobretensão causará em todos os casos a quebra do centelhador, seguida por uma queda acentuada ("interrupção") da tensão no centelhador e no isolamento protegido. uma corrente de impulso através o centelhador começará a fluir devido à tensão da frequência industrial da instalação elétrica - a corrente que o acompanha.

Em instalações com neutro aterrado ou em caso de falha do centelhador bifásico ou trifásico, o arco subseqüente pode não se extinguir, e a falha de impulso neste caso se tornará um curto-circuito estável, levando à interrupção do instalação . Portanto, para evitar esse desligamento da instalação, é necessário extinguir o próximo arco através do centelhador.

Dispositivos que fornecem não apenas proteção de isolamento contra sobretensão, mas também extinguem o próximo arco em um tempo menor que a duração da proteção do relé, são chamados de pára-raios de proteção em contraste com as velas convencionais, que geralmente são chamadas de lacunas de proteção (PZ).

Tubulação pára junto com válvula são os principais tipos de retentores. Eles diferem no princípio da extinção do arco subseqüente. Nos pára-raios de tubo, a extinção do arco é causada pela criação de uma intensa explosão longitudinal, e nos pára-válvulas, o arco é extinto devido à redução da corrente subsequente por meio de uma resistência adicional conectada em série com o centelhador.

Um centelhador de tubo (Fig. 1, a) é um tubo 2 feito de material gerador de gás isolante, dentro do qual existe um gap de extinção de arco não regulado S1 formado por um eletrodo de haste 3 e um flange 4.A faísca é separada da tensão operacional por um centelhador externo, uma vez que o tubo 2 não se destina à presença prolongada de subtensão devido à decomposição do material gerador de gás sob a influência de vazamentos. O segundo flange 1 do limitador é aterrado.

Arroz. 1. Pára-raios: a — dispositivo e circuito de comutação, b — notação convencional dos diagramas, c — tensão no pára-raios, d — circuito equivalente.

Com uma sobretensão na rede (Fig. 1, c), ambos os centelhadores se rompem e a onda de sobretensão (curva 1) é interrompida. Uma corrente de acompanhamento começa a fluir ao longo do caminho criado pela descarga de pulso, e a descarga de faísca se transforma em uma descarga de arco. Sob a ação da alta temperatura do canal de arco da corrente de acompanhamento, o material do tubo se decompõe com a liberação de uma grande quantidade de gases, a pressão aumenta bruscamente (até dezenas de atmosferas) e os gases são forçados a sair pela abertura do flange 4, criando uma explosão longitudinal intensa. Como resultado, o arco é extinto quando a corrente passa primeiro por zero.

Quando o centelhador é acionado, ele emite gases ionizados incandescentes na forma de uma tocha de 5 1,5 - 3,5 m de comprimento e 1 - 2,5 m de largura (dependendo da tensão nominal do centelhador) e ouve-se um som , semelhante a um tiro Ouvi. Portanto, para evitar falhas fase-fase, ao instalar pára-raios, é necessário garantir que as partes condutoras de corrente das fases adjacentes não caiam na zona de descarga.A tensão de disparo dos pára-raios pode ser ajustada alterando a distância do centelhador externo, mas não pode ser reduzida abaixo de um certo mínimo, porque isso faz com que os pára-raios disparem com muita frequência e aumentem seu desgaste.

Como o campo elétrico dos eletrodos em forma de haste do centelhador do tubo é altamente não homogêneo, sua característica volt-segundo tem um caráter decrescente na região de até 6-8 μs, o que não é consistente com as características planas volt-segundo de transformadores e máquinas elétricas. Uma certa intensidade de formação de gás é necessária para o sucesso da extinção do arco, portanto, há um limite inferior de correntes a serem cortadas no qual o descarregador ainda pode extinguir o arco dentro de 1-2 meios ciclos.

O limite superior das correntes de interrupção também é limitado, pois a formação de gás muito intensa pode levar à destruição do pára-raios (ruptura do tubo ou destruição dos flanges).

A faixa de correntes de interrupção é indicada na designação de tipo do pára-raios, por exemplo, RTV 35 / (0,5 - 2,5) significa um pára-raios de tubo 0,5 - 2,5 plástico de vinil para 35 kV com uma faixa de corrente de interrupção de 0,5 - 2,5 kA.

À medida que o comprimento da lacuna de supressão do arco diminui e seu diâmetro aumenta, ambos os limites das correntes de descarga são deslocados para valores maiores.

Como a operação do pára-raios é acompanhada pela queima de parte do material do tubo de supressão de arco, após 8 — 10 operações, quando o diâmetro aumenta de 20 — 25% em relação ao inicial, o pára-raios torna-se inutilizável (uma vez que o os limites das correntes, por ele interrompidos, são alterados) e devem ser substituídos.

Para ter em conta o número de manobras, os limitadores de tubos estão equipados com um indicador de ativação em forma de tira metálica 6 (ver Fig. 1, a), não desdobrada pelos gases emitidos pelo limitador. Atualmente, a indústria produz retentores de tubos do tipo RTF, em que o gás é gerado a partir do tubo de fibra, e do tipo RTV, com tubo de plástico vinílico.

Devido à baixa resistência mecânica da fibra, ela é encapsulada em um tubo grosso de papel Bakelizado, que, para reduzir sua higroscopicidade, é coberto com um verniz resistente à umidade (geralmente esmalte perclorovinílico), que resiste às influências atmosféricas em períodos de verão e inverno também. Uma característica dos pára-raios RTF é a presença de uma câmara na extremidade fechada do tubo, que aumenta a descarga longitudinal quando a corrente passa pelo valor zero e, assim, contribui para a extinção do arco.

Nos restritores RTV, o gás é gerado por um tubo de vinil plástico, que possui maior capacidade de geração de gás e propriedades isolantes que são bem preservadas mesmo em trabalhos externos em todas as condições climáticas. Os pára-raios RTV têm um projeto mais simples (sem câmara interna, sem necessidade de pintura) e limites superiores superiores de correntes de interrupção (15 kA em vez de 7-10 kA para pára-raios RTF).

Arroz. 2. Parada do tubo RTV-20-2/10

Para operação em redes com correntes intermitentes muito grandes (até 30 kA), são produzidos limitadores reforçados do tipo RTVU, cuja maior resistência mecânica é obtida enrolando um tubo de plástico vinílico com camadas de fita de vidro impregnadas com um material resistente às intempéries composto epóxi.

A capacidade de carga de impulso dos pára-raios de tubo, que passam praticamente toda a corrente do raio através deles quando atinge a linha, é bastante alta e chega a 30–70 kA.

A seleção dos pára-raios é feita de acordo com a tensão nominal da rede e os limites das correntes de curto-circuito da rede no ponto de sua instalação. A corrente máxima de curto-circuito é calculada quando todos os elementos da rede (linhas, transformadores, geradores) são ligados, levando em consideração o componente aperiódico da corrente de curto-circuito, a corrente mínima - com um circuito de rede com elementos parcialmente desconectados (para exemplo, para revisão) e sem o componente aperiódico é considerado. Os limites de corrente de curto-circuito encontrados. deve caber dentro dos limites de corrente de interrupção do pára-tubos.

Os pára-raios de tubo são produzidos para tensões de 3 a 220 kV, as correntes de interrupção variam de 0,2 — 7 e 1,5 — 30 kA na tensão 3 — 35 kV a 0,4 — 7 e 2,2 — 30 kA na tensão 110 kV. O pára-raios de 220 kV consiste em dois pára-raios de tubo de 110 kV conectados por uma gaiola de aço com tubos de descarga.

As principais desvantagens dos pára-raios de tubo são a presença de uma zona de descarga, uma quebra acentuada na onda de surto, um curto-circuito (embora de curto prazo) das linhas para o terra e uma característica volt-segundo particularmente íngreme, que exclui a possibilidade da ampla utilização de pára-raios de tubos como dispositivo de proteção de equipamentos de subestação. A desvantagem dos limitadores de tubo é a presença de correntes limitadoras interrompidas, o que complica sua produção e operação.

Devido à sua simplicidade e baixo custo, os pára-raios são amplamente utilizados como meios auxiliares de proteção de subestações, para proteção de subestações de baixa potência e criticidade, bem como trechos individuais de linhas.

Atualmente, os limitadores de tubo e válvula estão sendo gradualmente substituídos por limitadores de tensão não lineares (limitadores)... São varistores de óxido metálico (resistores não lineares) conectados em série, sem faíscas, acondicionados em uma caixa de porcelana ou polímero.