Obturateurs de tuyaux — Appareil, caractéristiques, application, avantages et inconvénients
L'utilisation de paratonnerres n'exclut pas complètement les dommages causés par la foudre aux installations électriques, en particulier aux lignes électriques, car la probabilité de coup de foudre pour les lignes électriques aériennes peut être relativement élevée et, de plus, elles sont souvent réalisées sans aucune protection des conducteurs. . Les surtensions qui se produisent sur les lignes lors de coups de foudre atteignent les sous-stations (c'est pourquoi elles sont appelées surtensions) et peuvent constituer un danger pour l'isolation des équipements qui y sont installés.
Pour éviter d'endommager toute structure isolante, incluez une étincelle, volt-seconde (dont la caractéristique doit être inférieure à la caractéristique volt-seconde de l'isolation protégée.Si cette condition est remplie, la chute de l'onde de surtension provoquera dans tous les cas le claquage de l'éclateur, suivi d'une chute brutale ("disruption") de la tension aux bornes de l'éclateur et de l'isolant protégé. l'éclateur commencera à couler en raison de la tension de la fréquence industrielle de l'installation électrique - le courant d'accompagnement.
Dans les installations avec neutre à la terre ou en cas de défaillance d'un éclateur bi ou triphasé, l'arc suivant peut ne pas s'éteindre de lui-même, et le défaut impulsif dans ce cas deviendra un court-circuit stable, entraînant une interruption de l'alimentation électrique. mise en place. Par conséquent, afin d'éviter un tel arrêt de l'installation, il est nécessaire d'éteindre l'arc suivant à travers l'éclateur.
Les dispositifs qui fournissent non seulement une protection d'isolement contre les surtensions, mais éteignent également l'arc suivant en un temps inférieur à la durée de la protection du relais, sont appelés parafoudres de protection contrairement aux bougies conventionnelles, qui sont généralement appelées espaces de protection (PZ).
Tuyau s'arrête avec soupape sont les principaux types de dispositifs de retenue. Ils diffèrent par le principe de l'extinction ultérieure de l'arc. Dans les parafoudres à tube, l'arc s'éteint en créant une salve longitudinale intense, et dans les parafoudres à soupape, l'arc s'éteint en raison d'une réduction du courant ultérieur au moyen d'une résistance supplémentaire connectée en série avec l'éclateur.
Un éclateur à tube (Fig.1, a) est un tube 2 en matériau isolant générateur de gaz, à l'intérieur duquel se trouve un espace d'extinction d'arc non régulé S1 formé par une électrode en forme de tige 3 et une bride 4.L'étincelle est séparée de la tension de fonctionnement par un éclateur extérieur, le tube 2 n'étant pas destiné à une présence prolongée sous tension du fait de la décomposition du matériau générateur de gaz sous l'effet des fuites de fuite. La seconde bride 1 du limiteur est reliée à la masse.
Riz. 1. Parafoudre à tubes : a — dispositif et circuit de commutation, b — notation conventionnelle des schémas, c — tension dans le parafoudre, d — circuit équivalent.
Avec une surtension dans le réseau (Fig. 1, c), les deux éclateurs éclatent et l'onde de surtension (courbe 1) est interrompue. Un courant d'accompagnement commence à circuler le long du chemin créé par la décharge d'impulsion et la décharge d'étincelle se transforme en une décharge d'arc.Sous l'action de la température élevée du canal d'arc du courant d'accompagnement, le matériau du tube se décompose avec la libération d'une grande quantité de gaz, la pression y augmente fortement (jusqu'à des dizaines d'atmosphères) et les gaz sont expulsés à travers l'ouverture de la bride 4, créant un souffle longitudinal intense. En conséquence, l'arc s'éteint lorsque le courant passe pour la première fois par zéro.
Lorsque l'éclateur est déclenché, il émet des gaz ionisés incandescents sous la forme d'une torche de 5 1,5 - 3,5 m de long et 1 - 2,5 m de large (selon la tension nominale de l'éclateur) et un son se fait entendre , ressemblant à un tir J'ai entendu. Par conséquent, afin d'éviter les défaillances entre phases, lors de l'installation des parafoudres, il est nécessaire de s'assurer que les parties conductrices de courant des phases adjacentes ne tombent pas dans la zone de décharge.La tension de déclenchement des parafoudres peut être ajustée en modifiant la distance de l'éclateur externe, mais elle ne peut pas être réduite en dessous d'un certain minimum, car cela provoque des déclenchements trop fréquents des parafoudres et augmente leur usure.
Étant donné que le champ électrique des électrodes en forme de tige de l'éclateur à tube est très inhomogène, sa caractéristique volt-seconde a un caractère décroissant dans la région jusqu'à 6-8 μs, ce qui n'est pas cohérent avec les caractéristiques plates volt-seconde de transformateurs et machines électriques. Une certaine intensité de formation de gaz est nécessaire pour réussir l'extinction de l'arc, il existe donc une limite inférieure des courants à couper à laquelle le déchargeur peut encore éteindre l'arc en 1 à 2 demi-cycles.
La limite supérieure des courants de coupure est également limitée, car une formation de gaz trop intense peut conduire à la destruction du parafoudre (rupture du tube ou destruction des brides).
La plage des courants d'interruption est indiquée dans la désignation du type du parafoudre, par exemple, RTV 35 / (0,5 — 2,5) désigne un parafoudre tubulaire 0,5 — 2,5 plastique vinyle pour 35 kV avec une plage de courant d'interruption de 0,5 — 2,5 kA.
Lorsque la longueur de l'espace de suppression d'arc diminue et que son diamètre augmente, les deux limites des courants de décharge sont décalées vers des valeurs plus grandes.
Etant donné que le fonctionnement du parafoudre s'accompagne de la combustion d'une partie du matériau du tube d'extinction d'arc, après 8 à 10 opérations, lorsque le diamètre augmente de 20 à 25 % par rapport à celui initial, le parafoudre devient inutilisable (puisque le les limites des courants, interrompus par lui, sont modifiées) et doivent être remplacées.
Afin de tenir compte du nombre d'opérations, les limiteurs de conduite sont équipés d'un indicateur d'activation sous la forme d'une bande métallique 6 (voir Fig. 1, a), non dépliée par les gaz émis par le limiteur. Actuellement, l'industrie produit des dispositifs de retenue de tuyaux de type RTF dans lesquels le gaz est généré à partir du tuyau en fibre, et de type RTV avec un tuyau en plastique vinylique.
En raison de la faible résistance mécanique de la fibre, celle-ci est enfermée dans un tube épais de papier bakélisé, qui, afin de réduire son hygroscopicité, est recouvert d'un vernis résistant à l'humidité (généralement de l'émail perchlorovinylique), qui peut résister aux influences atmosphériques dans périodes d'été et d'hiver bien . Une caractéristique des parafoudres RTF est la présence d'une chambre à l'extrémité fermée du tube, qui améliore l'éclatement longitudinal lorsque le courant passe par la valeur zéro et contribue ainsi à l'extinction de l'arc.
Dans les restricteurs RTV, le gaz est généré par un tube en plastique vinyle, qui a une capacité de génération de gaz plus élevée et des propriétés isolantes qui sont bien préservées même lorsque vous travaillez à l'extérieur par tous les temps. Les parafoudres RTV ont une conception plus simple (pas de chambre interne, pas de peinture nécessaire) et des limites supérieures de courants de coupure plus élevées (15 kA au lieu de 7-10 kA pour les parafoudres RTF).
Riz. 2. Arrêt de tuyau RTV-20-2 / 10
Pour un fonctionnement dans des réseaux à très grands courants intermittents (jusqu'à 30 kA), des limiteurs renforcés de type RTVU sont produits, dont la résistance mécanique accrue est obtenue en enroulant un tube en plastique vinyle avec des couches de ruban de verre imprégnées d'un résistant aux intempéries composé époxy.
La capacité de charge d'impulsion des parafoudres à tubes, qui font passer pratiquement tout le courant de foudre lorsqu'il frappe la ligne, est assez élevée et s'élève à 30–70 kA.
La sélection des parafoudres de tuyauterie se fait en fonction de la tension nominale du réseau et des limites des courants de court-circuit du réseau au point de leur installation. Le courant de court-circuit maximal est calculé lorsque tous les éléments du réseau (lignes, transformateurs, générateurs) sont allumés, en tenant compte de la composante apériodique du courant de court-circuit, le courant minimal - avec un circuit de réseau avec des éléments partiellement déconnectés (par exemple, pour la révision) et sans la composante apériodique est considérée. Les limites de courant de court-circuit trouvées. doit respecter les limites de courant de coupure du parafoudre.
Les parafoudres tubulaires sont produits pour des tensions de 3 à 220 kV, les courants de coupure vont de 0,2 — 7 et 1,5 — 30 kA à la tension 3 — 35 kV à 0,4 — 7 et 2,2 — 30 kA à la tension 110 kV. Le parafoudre 220 kV est constitué de deux parafoudres tubulaires 110 kV reliés par une cage en acier avec des conduites d'évacuation.
Les principaux inconvénients des parafoudres tubulaires sont la présence d'une zone de décharge, une rupture abrupte de l'onde de choc, un court-circuit (quoique de courte durée) des lignes à la terre et une caractéristique volt-seconde particulièrement raide, qui exclut la possibilité d'une large utilisation des parafoudres tubulaires comme dispositif de protection des équipements des sous-stations. L'inconvénient des limiteurs de tuyaux est la présence de limiteurs de courants interrompus, ce qui complique leur fabrication et leur fonctionnement.
En raison de leur simplicité et de leur faible coût, les parafoudres sont largement utilisés comme moyens auxiliaires de protection des sous-stations, pour la protection des sous-stations à faible puissance et à faible criticité, ainsi que des sections individuelles de lignes.
Actuellement, les limiteurs à tube et à valve sont progressivement remplacés par des limiteurs de tension non linéaires (limiteurs)... Ce sont des varistances à oxyde métallique connectées en série (résistances non linéaires) sans étincelles, enfermées dans un boîtier en porcelaine ou en polymère.