مبادئ تصميم مانعات الصواعق -لخطوط نقل الجهد العالي

1. مبدأ العمل الأساسي: الخصائص الحالية غير -الجهد الخطي-

حالة التشغيل العادية (مقاومة عالية): تحت جهد تردد الطاقة، تصل مقاومة مقاومات ZnO إلى \\(10^{10}-10^{11}Ω·cm\\). يكون تيار التسرب عند مستوى ميكرو أمبير (أقل من 100 ميكرو أمبير)، ويعمل تقريبًا كدائرة مفتوحة دون التدخل في تشغيل النظام.

حالة تشغيل الجهد الزائد (مقاومة منخفضة): عندما يتجاوز البرق أو تبديل الجهد الزائدجهد التشغيل (الجهد المرجعي)، تنخفض المقاومة بشكل حاد بأكثر من عشرة آلاف مرة. يتم تشكيل مسار توصيل ذو مقاومة منخفضة-في غضون نانو ثانية لتفريغ تيار البرق (يصل إلى عشرات إلى مئات الكيلومبيرات)، وتثبيتالجهد المتبقيتحت مستوى العزل تحمل المعدات.

حالة الاسترداد (استعادة المقاومة العالية): بمجرد اختفاء الجهد الزائد، تعود المقاومات تلقائيًا إلى حالة المقاومة العالية-وتقطع تردد التيار الكهربي. يزيل الهيكل الذي لا يحتوي على فجوات بشكل أساسي متابعة المشكلات الحالية.

2. التصميم الهيكلي العام للخط-نوع MOA

2.1 المكون الأساسي: أعمدة مقاومة ZnO المكدسة

تكوين المواد: يشكل أكسيد الزنك أكثر من 90٪ من المواد الخام، ويخلط مع البزموت والأنتيمون والكوبالت وأكاسيد المعادن الأخرى. يتم تلبيد الخليط عند درجة حرارة أعلى من 1000 درجة لتكوين سيراميك متعدد البلورات، حيث توفر طبقات حدود الحبوب الخاصة به خصائص كهربائية غير خطية.

نموذج التجميع: يتم توصيل مقاومات متعددة على التوالي لتلبية متطلبات الجهد لدرجات الطاقة المختلفة (على سبيل المثال، يتم استخدام مئات المقاومات لأنظمة 220 كيلو فولت). يعمل التوصيل المتوازي متعدد الأعمدة - على تحسين المقاومة للقدرة الكبيرة على امتصاص التيار والطاقة.

أقطاب كهربائية: يتم تركيب أقطاب معدنية مصنوعة من الألومنيوم أو النحاس عند كلا الطرفين لضمان مقاومة اتصال منخفضة وتوزيع موحد للتيار.

2.2 نظام العزل والختم

السكن المركب: مصنوع من مطاط السيليكون أو إيثيلين بروبيلين ديين مونومر (EPDM)، ويتميز بمقاومة ممتازة للتلوث، ومقاومة الشيخوخة والقوة الميكانيكية. يوفر العزل الخارجي والختم الشامل.

العزل الداخلي: أسطوانات اللف من الألياف الزجاجية أو قضبان العزل الإيبوكسي تدعم أعمدة المقاومة وتحافظ على المحورية وتتحمل الإجهاد الميكانيكي.

هيكل الختم: أغطية النهاية المعدنية في كلا الطرفين مع حلقات الختم المطاطية تحقق الختم الكامل لمنع دخول الرطوبة وتدهور أداء المقاومات.

2.3 المكونات المساعدة

تجهيزات التركيب: مصمم للتركيب المعلق على أبراج النقل (نوع التعليق أو الشد)، مما يضمن الاستقرار الميكانيكي تحت اهتزاز الرياح وتيار الدائرة القصيرة-.

أجهزة المراقبة: مزود بسلسلة من أجهزة مراقبة تيار التسرب وعدادات التشغيل المتسلسلة- لمراقبة ظروف التقادم وتسجيل أوقات التشغيل.

حلقات الدرجات: تم تركيبه عند طرف الجهد العالي- لتحسين توزيع المجال الكهربائي وقمع تفريغ الهالة وتقليل التفريغ الجزئي.

3. معلمات التصميم الرئيسية ومعايير الاختيار

3.1 تصميم المعلمات الكهربائية

الفولطية المقدرة (\\(U_r\\)): يجب ألا يكون أقل من الحد الأقصى لجهد التشغيل للنظام، لتجنب التشغيل غير المقصود والتحكم في تسرب التيار في ظل التشغيل العادي.

الجهد المرجعي (\\(U_{ref}\\)): الجهد المقاس عند تيار 1 مللي أمبير. عادةً \\(U_r ≈ 0.75-0.8U_{ref}\\)، والذي يحدد جهد عتبة التنشيط.

الجهد المتبقي (\\(U_{res}\\)): يجب ألا يتجاوز الجهد المتبقي تحت نبضة البرق (8/20 ميكروثانية) \\(2.2U_r\\)، ويجب ألا يتجاوز ذلك تحت نبضة التبديل \\(1.8U_r\\)، لضمان هامش حماية كافٍ.

القدرة على تحمل الطاقة: مصمم وفقًا للحد الأقصى لتيار البرق لخطوط النقل (على سبيل المثال، 100 كيلو أمبير) والطاقة المولدة عن طريق تبديل الجهد الزائد، لمنع الفشل الحراري.

3.2 التصميم الحراري

السعة الحرارية للمقاومات: كثافة الطاقة للمقاوم الواحد لا تقل عن 200 جول/سم3. يعمل التصميم المتوازي متعدد الأعمدة- على تشتيت الحرارة بشكل فعال.

مسار تبديد الحرارة: تنتقل الحرارة من المقاومات إلى الأقطاب الكهربائية والأغطية الطرفية، ثم تتبدد إلى الهواء المحيط عبر الحمل الحراري الطبيعي. تم تصميم الغلاف المركب بمقاومة حرارية منخفضة لتجنب ارتفاع درجة الحرارة المحلية والشيخوخة المتسارعة.

3.3 تصميم تنسيق العزل

التنسيق مع عوازل الخط: يجب أن يكون الجهد المتبقي للمانع أقل من جهد الوميض لعوازل الخط، بحيث يعمل مانع التسرب بشكل تفضيلي لحماية العوازل.

تصحيح الارتفاع والتلوث: بالنسبة للمناطق التي يزيد ارتفاعها عن 1000 متر فوق سطح البحر يتم زيادة مسافة العزل الخارجي. بالنسبة للمناطق شديدة التلوث، يتم اعتماد المساكن ذات مسافة الزحف الأكبر.

4. المزايا بالمقارنة مع مانعات الصواعق التقليدية

هيكل بلا فجوة: يزيل فجوات الشرارة المتسلسلة، ويتميز بسرعة استجابة بمستوى النانو ثانية، وعدم وجود تيار متابعة، وعدم وجود مخاطر انهيار الفجوات أو التقادم، وبالتالي تحقيق موثوقية أعلى.

عدم خطية متفوقة-.: يضمن المعامل غير الخطي -الأعلى بكثير لمقاومات ZnO تيار تسرب أقل وتحكمًا أكثر دقة في الجهد المتبقي للحصول على أداء حماية أفضل.

السكن المركب: يستبدل علب البورسلين التقليدية بمميزات مقاومة التلوث ومقاومة الكسر وخفة الوزن ومناسبة للتركيب المعلق على خطوط النقل.

5. ملخص لمفاهيم التصميم الأساسية