Αρχές σχεδίασης των απαγωγέων υπέρτασης για γραμμές μετάδοσης υψηλής-Τάσης

1. Βασική αρχή λειτουργίας: Μη-Γραμμική τάση-Τρέχοντα χαρακτηριστικά

Κανονική κατάσταση λειτουργίας (υψηλή αντίσταση): Κάτω από τάση συχνότητας ισχύος, η ειδική αντίσταση των αντιστάσεων ZnO φτάνει \\(10^{10}-10^{11}Ω·cm\\). Το ρεύμα διαρροής βρίσκεται στο επίπεδο μικροαμπέρ (λιγότερο από 100 μA), ενεργώντας σχεδόν ως ανοιχτό κύκλωμα χωρίς να παρεμβαίνει στη λειτουργία του συστήματος.

Κατάσταση λειτουργίας υπέρτασης (χαμηλή αντίσταση): Όταν η υπέρταση κεραυνού ή μεταγωγής υπερβαίνει τοτάση λειτουργίας (τάση αναφοράς), η αντίσταση πέφτει απότομα πάνω από δέκα χιλιάδες φορές. Μια αγώγιμη διαδρομή χαμηλής αντίστασης-σχηματίζεται μέσα σε νανοδευτερόλεπτα για να εκκενώσει το ρεύμα κεραυνού (έως δεκάδες έως εκατοντάδες κιλοαμπέρ) και να σφίξει τουπολειπόμενη τάσηκάτω από το επίπεδο αντοχής της μόνωσης του εξοπλισμού.

Κατάσταση αποκατάστασης (ανάκτηση υψηλής αντίστασης): Μόλις εξαφανιστεί η υπέρταση, οι αντιστάσεις επανέρχονται αυτόματα στην κατάσταση υψηλής αντίστασης-και διακόπτουν τη συχνότητα ισχύος μετά το ρεύμα. Η δομή χωρίς κενά εξαλείφει θεμελιωδώς ακολουθούν τρέχοντα ζητήματα.

2. Συνολικός δομικός σχεδιασμός γραμμής-Τύπος MOA

2.1 Εξάρτημα πυρήνα: Στοιβαγμένες στήλες αντίστασης ZnO

Σύνθεση υλικού: Το οξείδιο του ψευδαργύρου αντιπροσωπεύει πάνω από το 90% των πρώτων υλών, αναμεμειγμένο με βισμούθιο, αντιμόνιο, κοβάλτιο και άλλα οξείδια μετάλλων. Το μίγμα πυροσυσσωματώνεται σε θερμοκρασία άνω των 1000 βαθμών για να σχηματίσει πολυκρυσταλλικά κεραμικά, των οποίων τα οριακά στρώματα κόκκων παρέχουν μη-γραμμικές ηλεκτρικές ιδιότητες.

Έντυπο συναρμολόγησης: Πολλαπλές αντιστάσεις συνδέονται σε σειρά για να καλύψουν τις απαιτήσεις τάσης διαφορετικών βαθμών ισχύος (π.χ. εκατοντάδες αντιστάσεις χρησιμοποιούνται για συστήματα 220 kV). Η παράλληλη σύνδεση πολλών-στηλών βελτιώνει την αντίσταση σε μεγάλη ικανότητα απορρόφησης ρεύματος και ενέργειας.

Ηλεκτρόδια: Μεταλλικά ηλεκτρόδια από αλουμίνιο ή χαλκό τοποθετούνται και στα δύο άκρα για να εξασφαλίσουν χαμηλή αντίσταση επαφής και ομοιόμορφη κατανομή ρεύματος.

2.2 Σύστημα μόνωσης και στεγανοποίησης

Σύνθετο περίβλημα: Κατασκευασμένο από καουτσούκ σιλικόνης ή μονομερές αιθυλενοπροπυλενοδιενίου (EPDM), με εξαιρετική αντοχή στη ρύπανση, αντοχή στη γήρανση και μηχανική αντοχή. Παρέχει εξωτερική μόνωση και συνολική στεγανοποίηση.

Εσωτερική μόνωση: Οι κύλινδροι περιέλιξης από υαλοβάμβακα ή οι ράβδοι εποξειδικής μόνωσης υποστηρίζουν τις στήλες των αντιστάσεων, διατηρούν την ομοαξονικότητα και αντέχουν τη μηχανική καταπόνηση.

Στεγανοποιητική δομή: Τα μεταλλικά ακραία καπάκια και στα δύο άκρα σε συνδυασμό με ελαστικούς δακτυλίους στεγανοποίησης επιτυγχάνουν πλήρη στεγανοποίηση για να αποτρέψουν την είσοδο υγρασίας και την υποβάθμιση της απόδοσης των αντιστάσεων.

2.3 Βοηθητικά εξαρτήματα

Εξαρτήματα τοποθέτησης: Σχεδιασμένο για εγκατάσταση ανάρτησης σε πύργους μετάδοσης (τύπος ανάρτησης ή τάσης), εξασφαλίζοντας μηχανική σταθερότητα υπό κραδασμούς ανέμου και ρεύμα βραχυκυκλώματος-.

Συσκευές παρακολούθησης: Εξοπλισμένο με σειρές{{0}συνδεδεμένες οθόνες ρεύματος διαρροής και μετρητές λειτουργίας για την παρακολούθηση των συνθηκών γήρανσης και την καταγραφή των χρόνων ενεργοποίησης.

Δαχτυλίδια διαβάθμισης: Εγκατεστημένο στο άκρο υψηλής-τάσης για τη βελτιστοποίηση της κατανομής του ηλεκτρικού πεδίου, την καταστολή της εκφόρτισης κορώνας και τη μείωση της μερικής εκφόρτισης.

3. Βασικές Παράμετροι Σχεδιασμού και Κριτήρια Επιλογής

3.1 Σχεδιασμός ηλεκτρικών παραμέτρων

Ονομαστική τάση (\\(U_r\\)): Δεν πρέπει να είναι χαμηλότερη από τη μέγιστη τάση λειτουργίας του συστήματος, για την αποφυγή ακούσιας ενεργοποίησης και τον έλεγχο του ρεύματος διαρροής υπό κανονική λειτουργία.

Τάση αναφοράς (\\(U_{ref}\\)): Η τάση που μετράται σε ρεύμα 1 mA. Κανονικά \\(U_r ≈ 0,75-0,8U_{ref}\\), το οποίο καθορίζει την οριακή τάση για ενεργοποίηση.

Υπολειπόμενη τάση (\\(U_{res}\\)): Η υπολειπόμενη τάση υπό κεραυνό παλμού (8/20 μs) δεν πρέπει να υπερβαίνει το \\(2,2U_r\\), και αυτή υπό παλμό μεταγωγής δεν πρέπει να υπερβαίνει το \\(1,8U_r\\), ώστε να διασφαλίζεται επαρκές περιθώριο προστασίας.

Δυνατότητα ενεργειακής αντοχής: Σχεδιασμένο σύμφωνα με το μέγιστο ρεύμα κεραυνού των γραμμών μεταφοράς (π.χ. 100 kA) και την ενέργεια που παράγεται από υπερτάσεις μεταγωγής, για την αποφυγή αστοχίας θερμικής διαρροής.

3.2 Θερμικός σχεδιασμός

Θερμοχωρητικότητα αντιστάσεων: Η ενεργειακή πυκνότητα μιας μόνο αντίστασης δεν είναι μικρότερη από 200 J/cm³. Η παράλληλη διάταξη πολλαπλών-στηλών διαχέει αποτελεσματικά τη θερμότητα.

Διαδρομή απαγωγής θερμότητας: Η θερμότητα μεταφέρεται από τις αντιστάσεις στα ηλεκτρόδια και τα ακραία καλύμματα και στη συνέχεια διαχέεται στον αέρα του περιβάλλοντος μέσω φυσικής μεταφοράς. Το σύνθετο περίβλημα έχει σχεδιαστεί με χαμηλή θερμική αντίσταση για την αποφυγή τοπικής υπερθέρμανσης και επιταχυνόμενης γήρανσης.

3.3 Σχεδιασμός συντονισμού μόνωσης

Συντονισμός με μονωτήρες γραμμής: Η υπολειπόμενη τάση του απαγωγέα πρέπει να είναι χαμηλότερη από την τάση ανάφλεξης των μονωτών γραμμής, έτσι ώστε ο απαγωγέας να λειτουργεί κατά προτίμηση για την προστασία των μονωτών.

Διόρθωση για υψόμετρο και ρύπανση: Για περιοχές άνω των 1000 μέτρων από την επιφάνεια της θάλασσας, η απόσταση εξωτερικής μόνωσης αυξάνεται. Για περιοχές με μεγάλη ρύπανση, υιοθετούνται κατοικίες με μεγαλύτερη απόσταση ερπυσμού.

4. Πλεονεκτήματα σε σύγκριση με τους παραδοσιακούς αναστολείς υπερτάσεων

Δομή χωρίς κενά: Εξαλείφει τα κενά σπινθήρων σειράς, με ταχύτητα απόκρισης-σε επίπεδο νανοδευτερόλεπτου, χωρίς ρεύμα παρακολούθησης και χωρίς κινδύνους διάσπασης ή γήρανσης του χάσματος, επιτυγχάνοντας έτσι υψηλότερη αξιοπιστία.

Ανώτερη μη-γραμμικότητα: Ο πολύ υψηλότερος μη-μη γραμμικός συντελεστής των αντιστάσεων ZnO εξασφαλίζει χαμηλότερο ρεύμα διαρροής και ακριβέστερο έλεγχο της υπολειπόμενης τάσης για καλύτερη απόδοση προστασίας.

Σύνθετο περίβλημα: Αντικαθιστά τα παραδοσιακά περιβλήματα από πορσελάνη, με πλεονεκτήματα αντοχή στη ρύπανση, αντοχή σε θραύση και μικρό βάρος, κατάλληλα για εγκατάσταση ανάρτησης σε γραμμές μεταφοράς.

5. Σύνοψη βασικών εννοιών σχεδίασης