Yüksek-Gerilim Nakil Hatları İçin Parafudrların Tasarım Prensipleri

1. Temel Çalışma Prensibi:-Doğrusal Olmayan Gerilim-Akım Özellikleri

Normal çalışma durumu (yüksek direnç): Güç frekansı voltajı altında, ZnO dirençlerinin direnci \\(10^{10}-10^{11}Ω·cm\\) değerine ulaşır. Kaçak akım mikroamper seviyesindedir (100 μA'dan az), sistemin çalışmasına müdahale etmeden neredeyse açık devre görevi görür.

Aşırı gerilim çalışma durumu (düşük direnç): Yıldırım veya anahtarlama aşırı gerilimi aşıldığındaçalışma voltajı (referans voltajı)Direnç on bin kattan fazla keskin bir şekilde düşer. Yıldırım akımını (onlarca ila yüzlerce kiloampere kadar) boşaltmak için nanosaniyeler içinde düşük-dirençli bir iletken yol oluşturulur veartık gerilimekipmanın yalıtım dayanım seviyesinin altında.

Kurtarma durumu (yüksek direnci yeniden kazanın): Aşırı gerilim ortadan kalktığında, dirençler otomatik olarak yüksek-direnç durumuna döner ve güç frekansı takip akımını keser. Boşluksuz yapı, güncel sorunların takibini temelden ortadan kaldırır.

2. Hat-Türü MOA'nın Genel Yapısal Tasarımı

2.1 Çekirdek Bileşen: Yığılmış ZnO Direnç Sütunları

Malzeme bileşimi: Çinko oksit, bizmut, antimon, kobalt ve diğer metal oksitlerle karıştırılarak ham maddelerin %90'ından fazlasını oluşturur. Karışım, tane sınır katmanları doğrusal olmayan elektriksel özellikler sağlayan çok kristalli seramikler oluşturmak üzere 1000 derecenin üzerindeki bir sıcaklıkta sinterlenir.

Montaj formu: Farklı güç sınıflarının voltaj gereksinimlerini karşılamak için birden fazla direnç seri olarak bağlanır (örneğin, 220 kV sistemler için yüzlerce direnç kullanılır). Çok-sütunlu paralel bağlantı, büyük akıma karşı direnci ve enerji emme kapasitesini artırır.

Elektrotlar: Düşük kontak direnci ve düzgün akım dağılımı sağlamak için her iki uca alüminyum veya bakırdan yapılmış metal elektrotlar takılmıştır.

2.2 Yalıtım ve Sızdırmazlık Sistemi

Kompozit gövde: Mükemmel kirlilik direnci, yaşlanma direnci ve mekanik mukavemet özelliklerine sahip silikon kauçuk veya etilen propilen dien monomerinden (EPDM) yapılmıştır. Dış izolasyon ve genel sızdırmazlık sağlar.

İç yalıtım: Fiberglas sarma silindirleri veya epoksi izolasyon çubukları direnç kolonlarını destekler, eşeksenliliği korur ve mekanik stresi taşır.

Sızdırmazlık yapısı: Her iki uçtaki metal uç kapakları kauçuk sızdırmazlık halkalarıyla birleşerek tam sızdırmazlık sağlayarak nem girişini ve dirençlerin performans bozulmasını önler.

2.3 Yardımcı Bileşenler

Montaj parçaları: Rüzgar titreşimi ve kısa-devre akımı altında mekanik stabilite sağlayarak iletim kulelerine (askı veya gergi tipi) askı montajı için tasarlanmıştır.

İzleme cihazları: Eskime koşullarını izlemek ve etkinleştirme sürelerini kaydetmek için seri-bağlı kaçak akım monitörleri ve çalışma sayaçlarıyla donatılmıştır.

Derecelendirme halkaları: Elektrik alanı dağıtımını optimize etmek, korona deşarjını bastırmak ve kısmi deşarjı azaltmak için{0}yüksek gerilim ucuna takılır.

3. Temel Tasarım Parametreleri ve Seçim Kriterleri

3.1 Elektriksel Parametre Tasarımı

Nominal gerilim (\\(U_r\\)): İstenmeyen çalıştırmayı önlemek ve normal çalışma sırasında kaçak akımı kontrol etmek için sistemin maksimum çalışma voltajından düşük olmayacaktır.

Referans voltajı (\\(U_{ref}\\)): 1 mA akımda ölçülen voltaj. Normalde \\(U_r ≈ 0,75-0,8U_{ref}\\), bu aktivasyon için eşik voltajını belirler.

Artık voltaj (\\(U_{res}\\)): Yeterli koruma marjını garanti etmek için, yıldırım darbesi altındaki artık gerilim (8/20 μs) \\(2,2U_r\\)'yi aşmamalı ve anahtarlama darbesi altındaki artık gerilim \\(1,8U_r\\)'yi aşmamalıdır.

Enerji dayanım yeteneği: Termal kaçma arızasını önlemek için iletim hatlarının maksimum yıldırım akımına (örn. 100 kA) ve anahtarlama aşırı gerilimlerinin ürettiği enerjiye göre tasarlanmıştır.

3.2 Termal Tasarım

Dirençlerin ısı kapasitesi: Tek bir direncin enerji yoğunluğu 200 J/cm³'ten az değildir. Çok-sütunlu paralel düzen, ısıyı etkili bir şekilde dağıtır.

Isı dağıtım yolu: Isı, dirençlerden elektrotlara ve uç kapaklara aktarılır ve daha sonra doğal konveksiyon yoluyla ortam havasına dağılır. Kompozit mahfaza, yerel aşırı ısınmayı ve hızlandırılmış eskimeyi önlemek için düşük termal dirençle tasarlanmıştır.

3.3 Yalıtım Koordinasyon Tasarımı

Hat izolatörleriyle koordinasyon: Parafudrun kaçak gerilimi, hat izolatörlerinin atlama geriliminden daha düşük olmalıdır, böylece parafudr izolatörleri korumak amacıyla tercihen çalışır.

Yükseklik ve kirlilik düzeltmesi: Deniz seviyesinden 1000 metrenin üzerindeki alanlar için dış izolasyon mesafesi arttırılır. Ağır kirli alanlar için daha büyük kaçak mesafeli muhafazalar benimsenir.

4. Geleneksel Parafudrlarla Karşılaştırıldığında Avantajları

Boşluksuz yapı: Nanosaniye-düzeyinde yanıt hızı, takip akımı olmaması ve boşluk bozulması veya eskime riski olmaması sayesinde seri kıvılcım boşluklarını ortadan kaldırır, böylece daha yüksek güvenilirlik elde edilir.

Üstün-doğrusal olmama: ZnO dirençlerinin çok daha yüksek-doğrusal olmayan katsayısı, daha iyi koruma performansı için daha düşük kaçak akım ve artık voltajın daha doğru kontrolünü sağlar.

Kompozit gövde: Kirlilik direnci, kırılma direnci ve hafiflik avantajlarıyla geleneksel porselen muhafazaların yerini alır, iletim hatlarında askı kurulumuna uygundur.

5. Temel Tasarım Kavramlarının Özeti