Nguyên tắc thiết kế thiết bị chống sét cho đường dây truyền tải điện áp cao-

1. Nguyên tắc làm việc cốt lõi: Đặc tính dòng điện-điện áp tuyến tính-

Trạng thái hoạt động bình thường (điện trở cao): Dưới điện áp tần số nguồn, điện trở suất của điện trở ZnO đạt \\(10^{10}-10^{11}Ω·cm\\). Dòng điện rò rỉ ở mức microampe (nhỏ hơn 100 μA), hoạt động gần như mạch hở mà không ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống.

Trạng thái hoạt động quá áp (điện trở thấp): Khi điện áp sét hoặc chuyển mạch vượt quá giới hạn cho phépđiện áp hoạt động (điện áp tham chiếu), điện trở giảm mạnh hơn mười nghìn lần. Một đường dẫn điện trở-thấp được hình thành trong vòng nano giây để phóng dòng điện sét (lên đến hàng chục đến hàng trăm kilôampe) và kẹp chặtđiện áp dưdưới mức chịu đựng cách điện của thiết bị.

Trạng thái phục hồi (lấy lại sức đề kháng cao): Sau khi tình trạng quá điện áp biến mất, các điện trở sẽ tự động trở về trạng thái điện trở-cao và cắt tần số nguồn theo dòng điện. Cấu trúc không khoảng cách về cơ bản loại bỏ các vấn đề hiện tại.

2. Thiết kế kết cấu tổng thể của tuyến-Loại MOA

2.1 Thành phần lõi: Các cột điện trở ZnO xếp chồng lên nhau

Thành phần vật liệu: Oxit kẽm chiếm trên 90% nguyên liệu thô, trộn với bismuth, antimon, coban và các oxit kim loại khác. Hỗn hợp này được thiêu kết ở nhiệt độ trên 1000 độ để tạo thành gốm đa tinh thể, có các lớp ranh giới hạt mang lại các đặc tính điện phi tuyến tính.

Hình thức lắp ráp: Nhiều điện trở được mắc nối tiếp để đáp ứng yêu cầu điện áp của các cấp công suất khác nhau (ví dụ: hàng trăm điện trở được sử dụng cho hệ thống 220 kV). Kết nối song song nhiều{4}}cột giúp cải thiện khả năng chống lại khả năng hấp thụ năng lượng và dòng điện lớn.

Điện cực: Các điện cực kim loại làm bằng nhôm hoặc đồng được lắp đặt ở cả hai đầu để đảm bảo điện trở tiếp xúc thấp và phân bố dòng điện đồng đều.

2.2 Hệ thống cách nhiệt và bịt kín

Nhà ở tổng hợp: Được làm bằng cao su silicon hoặc monome ethylene propylene diene (EPDM), có khả năng chống ô nhiễm, chống lão hóa và độ bền cơ học tuyệt vời. Nó cung cấp cách nhiệt bên ngoài và niêm phong tổng thể.

Cách nhiệt bên trong: Xi lanh cuộn dây bằng sợi thủy tinh hoặc thanh cách điện epoxy hỗ trợ các cột điện trở, duy trì độ đồng trục và chịu ứng suất cơ học.

Cấu trúc niêm phong: Nắp hai đầu bằng kim loại ở cả hai đầu kết hợp với vòng đệm cao su đạt được khả năng bịt kín hoàn toàn để ngăn hơi ẩm xâm nhập và làm giảm hiệu suất của điện trở.

2.3 Thành phần phụ trợ

phụ kiện lắp đặt: Được thiết kế để lắp đặt hệ thống treo trên tháp truyền tải (loại treo hoặc loại căng), đảm bảo độ ổn định cơ học dưới tác động của gió và dòng điện ngắn mạch.

Thiết bị giám sát: Được trang bị-bộ theo dõi dòng điện rò rỉ được kết nối và bộ đếm hoạt động để theo dõi tình trạng lão hóa và ghi lại thời gian kích hoạt.

Nhẫn chấm điểm: Được lắp đặt ở đầu-điện áp cao để tối ưu hóa sự phân bổ điện trường, ngăn chặn sự phóng điện vầng quang và giảm phóng điện một phần.

3. Các thông số thiết kế chính và tiêu chí lựa chọn

3.1 Thiết kế thông số điện

Điện áp định mức (\\(U_r\\)): Không được thấp hơn điện áp vận hành tối đa của hệ thống, để tránh kích hoạt ngoài ý muốn và kiểm soát dòng điện rò rỉ trong điều kiện hoạt động bình thường.

Điện áp tham chiếu (\\(U_{ref}\\)): Điện áp đo được ở dòng điện 1 mA. Thông thường \\(U_r ≈ 0,75-0,8U_{ref}\\), xác định điện áp ngưỡng để kích hoạt.

Điện áp dư (\\(U_{res}\\)): Điện áp dư dưới xung sét (8/20 μs) không được vượt quá \\(2.2U_r\\) và dưới xung chuyển mạch không được vượt quá \\(1.8U_r\\), để đảm bảo đủ biên độ bảo vệ.

Khả năng chịu đựng năng lượng: Được thiết kế theo dòng sét tối đa của đường dây truyền tải (ví dụ: 100 kA) và năng lượng được tạo ra khi chuyển mạch quá điện áp, để ngăn ngừa sự cố thoát nhiệt.

3.2 Thiết kế tản nhiệt

Công suất nhiệt của điện trở: Mật độ năng lượng của một điện trở không nhỏ hơn 200 J/cm³. Bố cục song song nhiều cột giúp phân tán nhiệt hiệu quả.

Đường tản nhiệt: Nhiệt truyền từ điện trở đến điện cực và đầu chụp, sau đó tản ra không khí xung quanh thông qua sự đối lưu tự nhiên. Vỏ composite được thiết kế với khả năng chịu nhiệt thấp để tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ và lão hóa nhanh.

3.3 Thiết kế phối hợp cách nhiệt

Phối hợp với cách điện đường dây: Điện áp dư của bộ chống sét phải thấp hơn điện áp phóng điện của cách điện đường dây để bộ chống sét hoạt động ưu tiên bảo vệ cách điện.

Điều chỉnh độ cao và ô nhiễm: Đối với những khu vực có độ cao trên 1000 mét so với mực nước biển, khoảng cách cách nhiệt bên ngoài sẽ tăng lên. Đối với các khu vực bị ô nhiễm nặng, sử dụng vỏ có khoảng cách đường dây lớn hơn.

4. Ưu điểm so với thiết bị chống sét truyền thống

Cấu trúc không khe hở: Loại bỏ các khe hở tia lửa điện nối tiếp, có tốc độ phản hồi ở cấp độ nano giây{0}}, không có dòng điện chạy theo và không có nguy cơ hỏng hoặc lão hóa khe hở, do đó đạt được độ tin cậy cao hơn.

Tính phi tuyến tính-vượt trội: Hệ số phi tuyến tính -của điện trở ZnO cao hơn nhiều đảm bảo dòng rò thấp hơn và kiểm soát điện áp dư chính xác hơn để có hiệu suất bảo vệ tốt hơn.

Nhà ở tổng hợp: Thay thế vỏ sứ truyền thống, có ưu điểm chống ô nhiễm, chống gãy xương và trọng lượng nhẹ, thích hợp lắp đặt hệ thống treo trên đường dây truyền tải.

5. Tóm tắt các khái niệm thiết kế cốt lõi