اصول طراحی برقگیر برای خطوط انتقال ولتاژ بالا{{0}

1. اصل کار اصلی: خصوصیات جریان غیر-ولتاژ خطی-

حالت عملکرد عادی (مقاومت بالا): تحت ولتاژ فرکانس توان، مقاومت مقاومت‌های ZnO به \\(10^{10}-10^{11}Ω·cm\\) می‌رسد. جریان نشتی در سطح میکرو آمپر (کمتر از 100 میکرو آمپر) است و تقریباً به عنوان یک مدار باز عمل می کند بدون اینکه در عملکرد سیستم تداخل ایجاد کند.

وضعیت عملکرد اضافه ولتاژ (مقاومت کم): هنگامی که رعد و برق یا اضافه ولتاژ سوئیچینگ بیش ازولتاژ کار (ولتاژ مرجع)، مقاومت به شدت بیش از ده هزار بار کاهش می یابد. یک مسیر رسانا با مقاومت کم در عرض نانوثانیه برای تخلیه جریان صاعقه (تا ده ها تا صدها کیلو آمپر) و بستنولتاژ باقیماندهزیر سطح عایق مقاومت تجهیزات.

حالت بازیابی (بازیابی مقاومت بالا): هنگامی که اضافه ولتاژ ناپدید می شود، مقاومت ها به طور خودکار به حالت مقاومت{0}بالا باز می گردند و فرکانس برق را به دنبال جریان قطع می کنند. ساختار بدون شکاف اساساً مسائل جاری را حذف می کند.

2. طراحی کلی ساختاری خط-نوع MOA

2.1 جزء اصلی: ستون‌های مقاومت ZnO روی هم

ترکیب مواد: اکسید روی بیش از 90 درصد مواد خام را تشکیل می دهد که با بیسموت، آنتیموان، کبالت و سایر اکسیدهای فلزی مخلوط شده است. این مخلوط در دمای بالاتر از 1000 درجه زینتر می شود تا سرامیک های پلی کریستالی تشکیل شود که لایه های مرزی آن خواص الکتریکی غیرخطی-خطی دارند.

فرم مونتاژ: چندین مقاومت به صورت سری به یکدیگر متصل می شوند تا نیازهای ولتاژ درجه های مختلف قدرت را برآورده کنند (مثلاً صدها مقاومت برای سیستم های 220 کیلو ولت استفاده می شود). اتصال موازی چند{4}}ستونی مقاومت در برابر جریان و ظرفیت جذب انرژی زیاد را بهبود می بخشد.

الکترودها: الکترودهای فلزی ساخته شده از آلومینیوم یا مس برای اطمینان از مقاومت کم تماس و توزیع یکنواخت جریان در دو انتها نصب می شوند.

2.2 سیستم عایق و آب بندی

مسکن کامپوزیت: ساخته شده از لاستیک سیلیکون یا مونومر اتیلن پروپیلن دی ان (EPDM) که دارای مقاومت عالی در برابر آلودگی، مقاومت در برابر پیری و استحکام مکانیکی است. عایق خارجی و آب بندی کلی را فراهم می کند.

عایق داخلی: سیلندرهای سیم پیچ فایبرگلاس یا میله های عایق اپوکسی از ستون های مقاومت پشتیبانی می کنند، هم محوری را حفظ می کنند و استرس مکانیکی را تحمل می کنند.

ساختار آب بندی: کلاهک های انتهایی فلزی در دو انتها همراه با حلقه های آب بندی لاستیکی برای جلوگیری از نفوذ رطوبت و کاهش عملکرد مقاومت ها، آب بندی کامل را به دست می آورند.

2.3 اجزای کمکی

اتصالات نصب: طراحی شده برای نصب سیستم تعلیق بر روی دکل های انتقال (نوع تعلیق یا کششی)، تضمین پایداری مکانیکی تحت ارتعاش باد و جریان مدار کوتاه-.

دستگاه های نظارتی: مجهز به مانیتورهای جریان نشتی سری و شمارنده‌های عملیاتی متصل برای نظارت بر شرایط پیری و ثبت زمان‌های فعال‌سازی.

حلقه های درجه بندی: در انتهای ولتاژ بالا- برای بهینه سازی توزیع میدان الکتریکی، سرکوب تخلیه تاج و کاهش تخلیه جزئی نصب شده است.

3. پارامترهای کلیدی طراحی و معیارهای انتخاب

3.1 طراحی پارامترهای الکتریکی

ولتاژ نامی (\\(U_r\\)): برای جلوگیری از تحریک ناخواسته و کنترل جریان نشتی در حالت عادی، نباید کمتر از حداکثر ولتاژ عملیاتی سیستم باشد.

ولتاژ مرجع (\\(U_{ref}\\)): ولتاژ اندازه گیری شده در جریان 1 میلی آمپر. به طور معمول \\(U_r ≈ 0.75-0.8U_{ref}\\)، که ولتاژ آستانه فعال سازی را تعیین می کند.

ولتاژ باقیمانده (\\(U_{res}\\)): ولتاژ باقیمانده تحت ضربه صاعقه (20/8 میکروثانیه) نباید از \\(2.2U_r\\) تجاوز کند، و ولتاژ تحت سوئیچینگ نباید از \\(1.8U_r\\) تجاوز کند تا حاشیه حفاظتی کافی تضمین شود.

قابلیت تحمل انرژی: با توجه به حداکثر جریان صاعقه خطوط انتقال (به عنوان مثال، 100 کیلو آمپر) و انرژی تولید شده از اضافه ولتاژ سوئیچینگ، برای جلوگیری از خرابی فرار حرارتی طراحی شده است.

3.2 طراحی حرارتی

ظرفیت حرارتی مقاومت ها: چگالی انرژی یک مقاومت منفرد از 200 J/cm³ کمتر نیست. طرح موازی چند ستونی گرما را به طور موثر پخش می کند.

مسیر دفع گرما: گرما از مقاومت ها به الکترودها و کلاهک های انتهایی منتقل می شود و سپس از طریق همرفت طبیعی به هوای محیط پراکنده می شود. محفظه کامپوزیت با مقاومت حرارتی کم طراحی شده است تا از گرمای بیش از حد موضعی و پیری سریع جلوگیری کند.

3.3 طراحی هماهنگی عایق

هماهنگی با مقره های خط: ولتاژ باقیمانده برقگیر باید کمتر از ولتاژ فلاش اور مقره های خط باشد تا برقگیر ترجیحاً برای محافظت از مقره ها عمل کند.

اصلاح ارتفاع و آلودگی: برای مناطق بالای 1000 متر از سطح دریا فاصله عایق خارجی افزایش می یابد. برای مناطق بسیار آلوده، مسکن هایی با فاصله خزش بزرگتر اتخاذ می شود.

4. مزایا در مقایسه با برقگیرهای سنتی

ساختار بدون شکاف: شکاف‌های جرقه‌های سری را حذف می‌کند، با سرعت پاسخ{0} در سطح نانوثانیه، بدون جریان دنباله‌روی، و بدون خطرات خرابی یا پیری شکاف، در نتیجه قابلیت اطمینان بالاتری را به دست می‌آورد.

غیرخطی- برتر: ضریب غیر خطی بسیار بالاتر مقاومت‌های ZnO جریان نشتی کمتر و کنترل دقیق‌تر ولتاژ باقیمانده را برای عملکرد حفاظتی بهتر تضمین می‌کند.

مسکن کامپوزیت: جایگزین محفظه های چینی سنتی، با مزایای مقاومت در برابر آلودگی، مقاومت در برابر شکستگی و وزن سبک، مناسب برای نصب تعلیق در خطوط انتقال.

5. خلاصه مفاهیم اصلی طراحی