Principios de diseño de supresores de sobretensiones para líneas de transmisión de alto-voltaje

1. Principio de funcionamiento básico: características de corriente no-voltaje lineal-

Estado de funcionamiento normal (alta resistencia): Bajo voltaje de frecuencia industrial, la resistividad de las resistencias de ZnO alcanza \\(10^{10}-10^{11}Ω·cm\\). La corriente de fuga es del nivel de microamperios (menos de 100 μA), actuando casi como un circuito abierto sin interferir con el funcionamiento del sistema.

Estado de funcionamiento de sobretensión (baja resistencia): Cuando un rayo o una sobretensión de conmutación exceden eltensión de funcionamiento (tensión de referencia), la resistencia cae bruscamente en más de diez mil veces. Se forma una ruta conductora de baja-resistencia en nanosegundos para descargar la corriente del rayo (de decenas a cientos de kiloamperios) y sujetar la corriente del rayo.tensión residualpor debajo del nivel de resistencia al aislamiento del equipo.

Estado de recuperación (recuperar alta resistencia): Una vez que desaparece la sobretensión, las resistencias regresan automáticamente al estado de alta-resistencia y cortan la corriente de seguimiento de frecuencia eléctrica. La estructura sin espacios elimina fundamentalmente los problemas actuales.

2. Diseño estructural general de línea-Tipo MOA

2.1 Componente principal: columnas de resistencia de ZnO apiladas

Composición de materiales: El óxido de zinc representa más del 90% de las materias primas, mezclado con bismuto, antimonio, cobalto y otros óxidos metálicos. La mezcla se sinteriza a una temperatura superior a 1000 grados para formar cerámicas policristalinas, cuyas capas límite de grano ofrecen propiedades eléctricas no-lineales.

Formulario de montaje: Se conectan varias resistencias en serie para cumplir con los requisitos de voltaje de diferentes grados de potencia (por ejemplo, se utilizan cientos de resistencias para sistemas de 220 kV). La conexión paralela de varias columnas mejora la resistencia a grandes corrientes y la capacidad de absorción de energía.

Electrodos: Se instalan electrodos metálicos hechos de aluminio o cobre en ambos extremos para garantizar una baja resistencia de contacto y una distribución uniforme de la corriente.

2.2 Sistema de aislamiento y sellado

Vivienda compuesta: Hecho de caucho de silicona o monómero de etileno propileno dieno (EPDM), con excelente resistencia a la contaminación, resistencia al envejecimiento y resistencia mecánica. Proporciona aislamiento externo y sellado general.

Aislamiento interno: Los cilindros de bobinado de fibra de vidrio o las varillas aislantes de epoxi sostienen las columnas de resistencia, mantienen la coaxialidad y soportan la tensión mecánica.

Estructura de sellado: Las tapas metálicas en ambos extremos combinadas con anillos de sellado de goma logran un sellado completo para evitar la entrada de humedad y la degradación del rendimiento de las resistencias.

2.3 Componentes auxiliares

Accesorios de montaje: Diseñado para instalación suspendida en torres de transmisión (tipo suspensión o tensión), asegurando estabilidad mecánica ante vibración del viento y corriente de cortocircuito-.

Dispositivos de monitoreo: Equipado con monitores de corriente de fuga y contadores de operación conectados en serie-para monitorear las condiciones de envejecimiento y registrar los tiempos de actuación.

Anillos de clasificación: Instalado en el extremo de alto-voltaje para optimizar la distribución del campo eléctrico, suprimir la descarga de corona y reducir la descarga parcial.

3. Parámetros clave de diseño y criterios de selección

3.1 Diseño de parámetros eléctricos

Tensión nominal (\\(U_r\\)): No debe ser inferior al voltaje de funcionamiento máximo del sistema, para evitar actuaciones no deseadas y controlar la corriente de fuga en condiciones normales de funcionamiento.

Tensión de referencia (\\(U_{ref}\\)): El voltaje medido a una corriente de 1 mA. Normalmente \\(U_r ≈ 0.75-0.8U_{ref}\\), que determina el voltaje umbral para la activación.

Tensión residual (\\(U_{res}\\)): La tensión residual bajo impulso de rayo (8/20 μs) no debe exceder \\(2.2U_r\\), y la tensión bajo impulso de conmutación no debe exceder \\(1.8U_r\\), para garantizar un margen de protección suficiente.

Capacidad de resistencia energética: Diseñado de acuerdo con la corriente máxima del rayo de las líneas de transmisión (por ejemplo, 100 kA) y la energía generada por las sobretensiones de conmutación, para evitar fallas por descontrol térmico.

3.2 Diseño Térmico

Capacidad calorífica de las resistencias.: La densidad de energía de una sola resistencia no es inferior a 200 J/cm³. El diseño paralelo de múltiples-columnas dispersa el calor de manera efectiva.

Ruta de disipación de calor: El calor se transfiere desde las resistencias a los electrodos y las tapas de los extremos, luego se disipa al aire ambiente mediante convección natural. La carcasa compuesta está diseñada con baja resistencia térmica para evitar el sobrecalentamiento local y el envejecimiento acelerado.

3.3 Diseño de coordinación de aislamiento

Coordinación con aisladores de línea.: La tensión residual del pararrayos debe ser inferior a la tensión de descarga disruptiva de los aisladores de línea, de modo que el pararrayos funcione preferentemente para proteger los aisladores.

Corrección por altitud y contaminación.: Para áreas por encima de los 1000 metros sobre el nivel del mar, se aumenta la distancia de aislamiento externo. Para áreas muy contaminadas, se adoptan carcasas con una distancia de fuga mayor.

4. Ventajas en comparación con los pararrayos tradicionales

Estructura sin espacios: Elimina las brechas de chispas en serie, presentando una velocidad de respuesta de nivel de nanosegundos-, sin corriente de seguimiento y sin riesgos de ruptura de brechas o envejecimiento, logrando así una mayor confiabilidad.

No{0}}linealidad superior: El coeficiente no-lineal mucho más alto de las resistencias de ZnO garantiza una menor corriente de fuga y un control más preciso del voltaje residual para un mejor rendimiento de protección.

Vivienda compuesta: Reemplaza las carcasas de porcelana tradicionales, con ventajas de resistencia a la contaminación, resistencia a la fractura y peso ligero, adecuado para instalación en suspensión en líneas de transmisión.

5. Resumen de conceptos básicos de diseño