Principis de disseny dels paracarregadors per a línies de transmissió d'alta-tensió

1. Principi de funcionament bàsic: característiques del corrent no-tensió lineal-

Estat de funcionament normal (alta resistència): Sota una tensió de freqüència elèctrica, la resistivitat de les resistències de ZnO arriba a \\(10^{10}-10^{11}Ω·cm\\). El corrent de fuga és a nivell de microamperes (menys de 100 μA), actuant gairebé com un circuit obert sense interferir amb el funcionament del sistema.

Estat de funcionament de sobretensió (baixa resistència): Quan la sobretensió d'un llamp o de commutació superi eltensió de funcionament (tensió de referència), la resistència cau més de deu mil vegades. Es forma un camí conductor de baixa -resistència en uns nanosegons per descarregar el corrent del llamp (fins a desenes o centenars de quiloamperes) i subjectar eltensió residualper sota del nivell de suport d'aïllament de l'equip.

Estat de recuperació (recuperar alta resistència): un cop desapareix la sobretensió, les resistències tornen automàticament a l'estat de -alta resistència i tallen el corrent de seguiment de la freqüència d'alimentació. L'estructura sense buits elimina fonamentalment els problemes actuals.

2. Disseny estructural general de la línia-Tipus MOA

2.1 Component principal: columnes de resistències ZnO apilades

Composició material: L'òxid de zinc representa més del 90% de les matèries primeres, barrejat amb bismut, antimoni, cobalt i altres òxids metàl·lics. La mescla es sinteritza a una temperatura superior a 1000 graus per formar ceràmica policristalina, les capes límit de gra de la qual ofereixen propietats elèctriques no-lineals.

Formulari de muntatge: Es connecten múltiples resistències en sèrie per satisfer els requisits de tensió de diferents graus de potència (per exemple, s'utilitzen centenars de resistències per als sistemes de 220 kV). La connexió en paral·lel multi-columna millora la resistència a una gran capacitat d'absorció d'energia i corrent.

Elèctrodes: Els elèctrodes metàl·lics d'alumini o coure s'instal·len als dos extrems per garantir una baixa resistència de contacte i una distribució uniforme del corrent.

2.2 Sistema d'aïllament i segellat

Habitatge compost: Fabricat amb cautxú de silicona o monòmer d'etilè propilè diè (EPDM), amb una excel·lent resistència a la contaminació, resistència a l'envelliment i resistència mecànica. Proporciona aïllament exterior i segellat general.

Aïllament interior: Els cilindres de bobinat de fibra de vidre o les barres d'aïllament epoxi suporten les columnes de la resistència, mantenen la coaxialitat i suporten l'estrès mecànic.

Estructura de segellat: Les tapes metàl·liques als dos extrems combinades amb anells de segellat de goma aconsegueixen un segellat total per evitar l'entrada d'humitat i la degradació del rendiment de les resistències.

2.3 Components auxiliars

Accessoris de muntatge: Dissenyat per a la instal·lació de suspensió en torres de transmissió (tipus de suspensió o tensió), assegurant l'estabilitat mecànica davant la vibració del vent i el corrent de curt-circuit.

Dispositius de monitoratge: Equipat amb monitors de corrent de fuga connectats en sèrie- i comptadors d'operacions per controlar les condicions d'envelliment i registrar els temps d'activació.

Anells de classificació: s'instal·la a l'extrem d'alta -tensió per optimitzar la distribució del camp elèctric, suprimir la descàrrega corona i reduir la descàrrega parcial.

3. Paràmetres clau de disseny i criteris de selecció

3.1 Disseny de paràmetres elèctrics

Tensió nominal (\\(U_r\\)): No ha de ser inferior a la tensió de funcionament màxima del sistema, per evitar un accionament no desitjat i controlar el corrent de fuga en funcionament normal.

Tensió de referència (\\(U_{ref}\\)): La tensió mesurada a un corrent d'1 mA. Normalment \\(U_r ≈ 0,75-0,8U_{ref}\\), que determina la tensió llindar per a l'activació.

Tensió residual (\\(U_{res}\\)): La tensió residual sota l'impuls d'un llamp (8/20 μs) no ha de superar \\(2,2U_r\\), i la de l'impuls de commutació no ha de superar \\(1,8U_r\\), per garantir un marge de protecció suficient.

Capacitat de suport energètic: Dissenyat segons el corrent màxim de llamp de les línies de transmissió (p. ex., 100 kA) i l'energia generada per sobretensions de commutació, per evitar fallades tèrmiques per embalatge.

3.2 Disseny tèrmic

Capacitat calorífica de les resistències: La densitat d'energia d'una sola resistència no és inferior a 200 J/cm³. El disseny paral·lel de diverses-columnes dispersa la calor de manera eficaç.

Ruta de dissipació de calor: La calor es transfereix des de les resistències als elèctrodes i les tapes finals, i després es dissipa a l'aire ambient mitjançant convecció natural. La carcassa composta està dissenyada amb una baixa resistència tèrmica per evitar el sobreescalfament local i l'envelliment accelerat.

3.3 Disseny de coordinació d'aïllament

Coordinació amb aïllants de línia: La tensió residual de l'aïllant ha de ser inferior a la tensió de flaix dels aïllants de línia, de manera que l'aïllant funcioni preferentment per protegir els aïllants.

Correcció per altitud i contaminació: Per a zones superiors a 1000 metres sobre el nivell del mar, la distància d'aïllament exterior s'incrementa. Per a zones molt contaminades, s'adopten habitatges amb una distància de fuga més gran.

4. Avantatges en comparació amb els paracarregadors tradicionals

Estructura sense buits: elimina els buits d'espurna en sèrie, amb una velocitat de resposta de nivell de nanosegons-, sense corrent de seguiment i sense risc d'avaria o d'envelliment, aconseguint així una major fiabilitat.

No{0}}linealitat superior: el coeficient no-lineal molt més alt de les resistències de ZnO garanteix un corrent de fuga més baix i un control més precís de la tensió residual per a un millor rendiment de protecció.

Habitatge compost: Substitueix les carcasses de porcellana tradicionals, amb avantatges de resistència a la contaminació, resistència a la fractura i pes lleuger, aptes per a la instal·lació de suspensió en línies de transmissió.

5. Resum dels conceptes bàsics de disseny