Designprinsipper for overspenningsavledere for-høyspentoverføringslinjer

1. Kjernearbeidsprinsipp: Ikke-lineær spenning-strømegenskaper

Normal driftstilstand (høy motstand): Under strømfrekvensspenning når resistiviteten til ZnO-motstander \\(10^{10}-10^{11}Ω·cm\\). Lekkasjestrømmen er på mikroamperenivået (mindre enn 100 μA), og fungerer nesten som en åpen krets uten å forstyrre systemets drift.

Overspenningsdriftstilstand (lav motstand): Når lyn eller svitsj overspenning overstigerdriftsspenning (referansespenning), faller motstanden kraftig med over ti tusen ganger. En ledende bane med lav-motstand dannes i løpet av nanosekunder for å utlade lynstrøm (opptil titalls til hundrevis av kiloampere), og klemmerestspenningunder isolasjonen tåle nivå av utstyr.

Gjenopprettingstilstand (gjenvinn høy motstand): Når overspenningen forsvinner, går motstandene automatisk tilbake til høy-motstandstilstand og kutter strømfrekvensen for følgestrømmen. Den gapless struktur eliminerer fundamentalt følger aktuelle problemer.

2. Overordnet strukturell design av linje-type MOA

2.1 Kjernekomponent: Stablede ZnO-motstandskolonner

Materialsammensetning: Sinkoksid står for over 90 % av råvarene, blandet med vismut, antimon, kobolt og andre metalloksider. Blandingen sintres ved en temperatur over 1000 grader for å danne polykrystallinsk keramikk, hvis korngrenselag leverer ikke-lineære elektriske egenskaper.

Monteringsskjema: Flere motstander er koblet i serie for å møte spenningskravene til forskjellige effektgrader (f.eks. brukes hundrevis av motstander for 220 kV-systemer). Multi-parallellkobling forbedrer motstanden mot stor strøm- og energiabsorpsjonskapasitet.

Elektroder: Metallelektroder laget av aluminium eller kobber er installert i begge ender for å sikre lav kontaktmotstand og jevn strømfordeling.

2.2 Isolasjon og tetningssystem

Kompositthus: Laget av silikongummi eller etylen-propylen-dien-monomer (EPDM), med utmerket motstand mot forurensning, aldringsbestandighet og mekanisk styrke. Det gir utvendig isolasjon og generell forsegling.

Innvendig isolasjon: Viklesylindere i glassfiber eller epoksyisolasjonsstenger støtter motstandssøylene, opprettholder koaksialitet og tåler mekanisk påkjenning.

Tetningsstruktur: Metallendestykker i begge ender kombinert med gummitetningsringer oppnår full forsegling for å hindre fuktinntrenging og ytelsesdegradering av motstander.

2.3 Hjelpekomponenter

Monteringsbeslag: Designet for opphengsinstallasjon på transmisjonstårn (oppheng eller spenningstype), og sikrer mekanisk stabilitet under vindvibrasjoner og kortslutningsstrøm.

Overvåkingsenheter: Utstyrt med seriekoblede-lekkasjestrømmonitorer og driftstellere for å overvåke aldringsforhold og registrere aktiveringstider.

Graderingsringer: Installert ved-høyspenningsenden for å optimalisere elektrisk feltfordeling, undertrykke koronautladning og redusere delvis utladning.

3. Nøkkeldesignparametre og utvalgskriterier

3.1 Design av elektriske parametere

Nominell spenning (\\(U_r\\)): Skal ikke være lavere enn den maksimale driftsspenningen til systemet, for å unngå utilsiktet aktivering og kontrollere lekkasjestrøm under normal drift.

Referansespenning (\\(U_{ref}\\)): Spenningen målt ved en strøm på 1 mA. Normalt \\(U_r ≈ 0,75-0,8U_{ref}\\), som bestemmer terskelspenningen for aktivering.

Restspenning (\\(U_{res}\\)): Restspenningen under lynimpuls (8/20 μs) skal ikke overstige \\(2.2U_r\\), og den under svitsjeimpuls skal ikke overstige \\(1.8U_r\\), for å garantere tilstrekkelig beskyttelsesmargin.

Energimotstandsevne: Designet i henhold til den maksimale lynstrømmen til overføringslinjer (f.eks. 100 kA) og energi generert ved å bytte overspenninger, for å forhindre termisk løpsfeil.

3.2 Termisk design

Varmekapasitet til motstander: Energitettheten til en enkelt motstand er ikke mindre enn 200 J/cm³. Parallell oppsett med flere-kolonnene sprer varmen effektivt.

Varmespredningsvei: Varme overføres fra motstander til elektroder og endestykker, og spres deretter til omgivelsesluften via naturlig konveksjon. Kompositthuset er designet med lav termisk motstand for å unngå lokal overoppheting og akselerert aldring.

3.3 Isolasjonskoordinasjonsdesign

Koordinering med ledningsisolatorer: Restspenningen til avlederen må være lavere enn overslagsspenningen til linjeisolatorer, slik at avlederen fungerer fortrinnsvis for å beskytte isolatorer.

Korrigering for høyde og forurensning: For områder over 1000 meter over havet økes utvendig isolasjonsavstand. For sterkt forurensede områder benyttes boliger med større krypeavstand.

4. Fordeler sammenlignet med tradisjonelle overspenningsavledere

Gapfri struktur: Eliminerer seriegnistgap, med responshastighet på nanosekunders-nivå, ingen følgestrøm og ingen risiko for brudd eller aldring, og oppnår dermed høyere pålitelighet.

Overlegen ikke-linearitet: Den mye høyere ikke-lineære koeffisienten til ZnO-motstander sikrer lavere lekkasjestrøm og mer nøyaktig kontroll av restspenning for bedre beskyttelsesytelse.

Kompositthus: Erstatter tradisjonelle porselenshus, med fordeler med forurensningsmotstand, bruddmotstand og lav vekt, egnet for opphengsinstallasjon på overføringslinjer.

5. Sammendrag av kjernedesignkonsepter