Рога разряда для защиты высоковольтного оборудования

Введение

Аркирующие рога (иногда называемые дуговыми рогами) — это выступающие проводники, используемые для защиты изоляторов или коммутационного оборудования в высоковольтных системах передачи электроэнергии от повреждений при пробое изоляции. Перенапряжения в линиях электропередачи, вызванные атмосферными явлениями, ударами молнии или электрическими неисправностями, могут вызывать образование дуги через изоляторы (пробой), что может привести к их повреждению. Кроме того, атмосферные условия или переходные процессы, возникающие при коммутации, могут привести к образованию дуги в цепи разрыва контактов выключателя во время его работы. Аркирующие рога обеспечивают путь для пробоя, минуя поверхность защищаемого устройства. Рога обычно устанавливаются парами по обе стороны изолятора: один подключается к высоковольтной части, а другой – к заземлению, либо в точке разрыва контактов выключателя. Их часто можно увидеть на изоляторных подвесках воздушных линий электропередачи или для защиты вводов трансформаторов. Рога могут иметь различные формы, такие как простые цилиндрические стержни, охранные кольца или изогнутые профили, иногда называемые "стременами".

Предыстория

Оборудование высокого напряжения, особенно установленное на открытом воздухе, такое как воздушные линии электропередач, часто подвергается переходным перенапряжениям, вызванным такими явлениями, как удары молнии, короткие замыкания в другом оборудовании или коммутационные импульсы при повторном включении цепи. Такие перенапряжения непредсказуемы и, как правило, не могут быть полностью предотвращены. Наибольшему риску перенапряжений подвержены концевые соединения линий, где линия передачи подключается к шине или трансформаторной вводу, из-за изменения волнового сопротивления в этой точке. Электрический изолятор обеспечивает физическое разделение токоведущих частей и в нормальных условиях эксплуатации постоянно находится под воздействием высокого электрического поля, окружающего оборудование. Перенапряжения могут привести к превышению электрическим полем диэлектрической прочности воздуха и образованию электрической дуги между токоведущими частями и по поверхности изолятора. Такая конструкция может быть известна как магнитное гашение дуги. При проектировании и техническом обслуживании дугогасительные рога могут рассматриваться как расходный материал, более дешевый и легко заменяемый, чем изолятор, выход из строя которого может привести к полному разрушению изолируемого оборудования. Повреждение изоляторных подвесов на воздушных линиях может привести к обрыву линии, что повлечет за собой серьезные последствия для безопасности и значительные затраты. Таким образом, дугогасительные рога играют роль в процессе согласования защиты системы с характеристиками защитных устройств, известного как координация изоляции. Рога должны обеспечивать, среди прочего, практически бесконечное сопротивление в нормальных условиях эксплуатации для минимизации потерь тока проводимости, низкое сопротивление при пробое и физическую устойчивость к высокой температуре дуги. С увеличением рабочего напряжения все больше внимания следует уделять этим принципам проектирования. При среднем напряжении один из двух рогов может быть исключен, поскольку расстояние между рогами может оказаться недостаточным, чтобы птица не смогла его перелететь. В качестве альтернативы можно установить двойные зазоры, состоящие из двух секций по обе стороны от изолятора.

High voltage equipment, particularly that which is installed outside, such as overhead power lines, is commonly subject to transient overvoltages, which may be caused by phenomena such as lightning strikes, faults on other equipment, or switching surges during circuit re energisation. Overvoltage events such as these are unpredictable, and in general cannot be completely prevented. Line terminations, at which a transmission line connects to a busbar or transformer bushing, are at greatest risk to overvoltage due to the change in characteristic impedance at this point. An electrical insulator serves to provide physical separation of conducting parts, and under normal operating conditions is continuously subject to a high electric field which occupies the air surrounding the equipment. Overvoltage events may cause the electric field to exceed the dielectric strength of air and result in the formation of an arc between the conducting parts and over the surface of the insulator. This type of arrangement can be known as a magnetic blowout. Design criteria and maintenance regimes may treat arcing horns as sacrificial equipment, cheaper and more easily replaced than the insulator, failure of which can result in complete destruction of the equipment it insulates. Failure of insulator strings on overhead lines could result in the parting of the line, with significant safety and cost implications. Arcing horns thus play a role in the process of correlating system protection with protective device characteristics, known as insulation coordination. The horns should provide, amongst other characteristics, near infinite impedance during normal operating conditions to minimise conductive current losses, low impedance during the flashover, and physical resilience to the high temperature of the arc. As operating voltages increase, greater consideration must be given to such design principles. At medium voltages, one of the two horns may be omitted as the horn to horn gap can otherwise be small enough to be bridged by an alighting bird. Alternatively, duplex gaps consisting of two sections on opposite sides of the insulator can be fitted.

Корона и кольца для оценки

Аркирующие рога не следует путать с кольцами для подавления коронного разряда (или аналогичными выравнивающими кольцами), которые представляют собой кольцевые конструкции, окружающие соединители или другие элементы неправильной формы на высоковольтном оборудовании. Кольца для подавления коронного разряда и выравнивающие кольца предназначены для выравнивания и перераспределения накопленного потенциала от компонентов, склонных к локальному накоплению и разрушительным пробоям, хотя иногда любое из этих устройств может быть установлено в непосредственной близости от аркирующего рога.