Ontwerpprincipes van overspanningsafleiders voor hoogspanningstransmissielijnen

1. Kernwerkingsprincipe: niet-lineaire spanning-stroomkarakteristieken

Normale bedrijfstoestand (hoge weerstand): Onder netfrequentiespanning bereikt de soortelijke weerstand van ZnO-weerstanden \\(10^{10}-10^{11}Ω·cm\\). De lekstroom ligt op microampèreniveau (minder dan 100 μA) en fungeert bijna als een open circuit zonder de werking van het systeem te verstoren.

Bedrijfstoestand overspanning (lage weerstand): Wanneer bliksem of overspanning de limiet overschrijdtbedrijfsspanning (referentiespanning), daalt de weerstand ruim tienduizend keer scherp. Binnen nanoseconden wordt een geleidingspad met lage weerstand gevormd om bliksemstroom (tot tientallen tot honderden kiloampère) te ontladen en derestspanningonder de isolatie is bestand tegen het uitrustingsniveau.

Herstelstatus (hoge weerstand herwinnen): zodra de overspanning verdwijnt, keren de weerstanden automatisch terug naar de hoge--status en onderbreken ze de stroomfrequentievolgstroom. De gapless-structuur elimineert fundamenteel de huidige problemen.

2. Algemeen structureel ontwerp van lijn-Type MOA

2.1 Kerncomponent: gestapelde ZnO-weerstandskolommen

Materiaal samenstelling: Zinkoxide is goed voor ruim 90% van de grondstoffen, vermengd met bismut, antimoon, kobalt en andere metaaloxiden. Het mengsel wordt gesinterd bij een temperatuur boven de 1000 graden om polykristallijn keramiek te vormen, waarvan de korrelgrenslagen niet-lineaire elektrische eigenschappen opleveren.

Montage formulier: Meerdere weerstanden zijn in serie geschakeld om te voldoen aan de spanningsvereisten van verschillende vermogensklassen (voor 220 kV-systemen worden bijvoorbeeld honderden weerstanden gebruikt). Parallelle aansluiting met meerdere-kolommen verbetert de weerstand tegen grote stroom- en energieabsorptiecapaciteiten.

Elektroden: Aan beide uiteinden zijn metalen elektroden van aluminium of koper geïnstalleerd om een ​​lage contactweerstand en een uniforme stroomverdeling te garanderen.

2.2 Isolatie- en afdichtingssysteem

Composiet behuizing: Gemaakt van siliconenrubber of ethyleenpropyleendieenmonomeer (EPDM), met uitstekende weerstand tegen vervuiling, verouderingsbestendigheid en mechanische sterkte. Het biedt externe isolatie en algehele afdichting.

Interne isolatie: Glasvezelwikkelcilinders of epoxy-isolatiestaven ondersteunen de weerstandskolommen, behouden de coaxialiteit en dragen mechanische spanning.

Afdichtende structuur: Metalen eindkappen aan beide uiteinden gecombineerd met rubberen afdichtringen zorgen voor een volledige afdichting om het binnendringen van vocht en prestatieverlies van weerstanden te voorkomen.

2.3 Hulpcomponenten

Montagebeslag: Ontworpen voor ophangingsinstallatie op zendmasten (ophangings- of spanningstype), waardoor mechanische stabiliteit wordt gegarandeerd onder windtrillingen en kortsluitstroom-.

Bewakingsapparatuur: Uitgerust met in serie-aangesloten lekstroommonitors en bedrijfstellers om verouderingsomstandigheden te bewaken en activeringstijden te registreren.

Sorteer ringen: Geïnstalleerd aan de hoog-kant van de spanning om de verdeling van het elektrische veld te optimaliseren, corona-ontlading te onderdrukken en gedeeltelijke ontlading te verminderen.

3. Belangrijke ontwerpparameters en selectiecriteria

3.1 Ontwerp van elektrische parameters

Nominale spanning (\\(U_r\\)): Mag niet lager zijn dan de maximale bedrijfsspanning van het systeem, om onbedoelde activering te voorkomen en de lekstroom onder normale werking te beheersen.

Referentiespanning (\\(U_{ref}\\)): De spanning gemeten bij een stroomsterkte van 1 mA. Normaal gesproken \\(U_r ≈ 0,75-0,8U_{ref}\\), wat de drempelspanning voor activering bepaalt.

Restspanning (\\(U_{res}\\)): De restspanning onder blikseminslag (8/20 μs) mag \\(2.2U_r\\) niet overschrijden, en die onder schakelimpuls zal niet hoger zijn dan \\(1.8U_r\\), om voldoende beschermingsmarge te garanderen.

Energiebestendig vermogen: Ontworpen op basis van de maximale bliksemstroom van transmissielijnen (bijv. 100 kA) en energie die wordt gegenereerd door overspanningen te schakelen, om thermische overstromingsfouten te voorkomen.

3.2 Thermisch ontwerp

Warmtecapaciteit van weerstanden: De energiedichtheid van een enkele weerstand bedraagt ​​maar liefst 200 J/cm³. De parallelle lay-out met meerdere-kolommen verspreidt de warmte effectief.

Warmteafvoerpad: Warmte wordt overgedragen van weerstanden naar elektroden en eindkappen en verdwijnt vervolgens via natuurlijke convectie naar de omgevingslucht. De composietbehuizing is ontworpen met een lage thermische weerstand om lokale oververhitting en versnelde veroudering te voorkomen.

3.3 Ontwerp van isolatiecoördinatie

Coördinatie met lijnisolatoren: De restspanning van de afleider moet lager zijn dan de flashover-spanning van lijnisolatoren, zodat de afleider bij voorkeur werkt om isolatoren te beschermen.

Correctie voor hoogte en vervuiling: Voor gebieden boven 1000 meter boven zeeniveau wordt de externe isolatieafstand vergroot. Voor sterk vervuilde gebieden wordt gekozen voor behuizingen met een grotere kruipafstand.

4. Voordelen vergeleken met traditionele overspanningsafleiders

Gaploze structuur: Elimineert serie-vonkbruggen, met reactiesnelheid op nanoseconden-niveau, geen volgstroom en geen risico op defecten of veroudering, waardoor een hogere betrouwbaarheid wordt bereikt.

Superieure niet-lineariteit: De veel hogere niet-lineaire coëfficiënt van ZnO-weerstanden zorgt voor een lagere lekstroom en een nauwkeurigere controle van de restspanning, voor betere beschermingsprestaties.

Composiet behuizing: Vervangt traditionele porseleinen behuizingen, met voordelen van weerstand tegen vervuiling, breukweerstand en licht gewicht, geschikt voor ophanginstallatie op transmissielijnen.

5. Samenvatting van de kernontwerpconcepten