Prinsip Desain Penangkal Gelombang untuk-Saluran Transmisi Tegangan Tinggi

1. Prinsip Kerja Inti: Karakteristik Arus Non-Tegangan Linier-

Keadaan pengoperasian normal (resistansi tinggi): Di bawah tegangan frekuensi daya, resistivitas resistor ZnO mencapai \\(10^{10}-10^{11}Ω·cm\\). Arus bocor berada pada tingkat mikroampere (kurang dari 100 μA), bertindak hampir seperti rangkaian terbuka tanpa mengganggu pengoperasian sistem.

Status pengoperasian tegangan lebih (resistansi rendah): Ketika petir atau tegangan lebih switching melebihitegangan operasi (tegangan referensi), resistensi turun tajam lebih dari sepuluh ribu kali lipat. Jalur penghantar-resistansi rendah dibentuk dalam nanodetik untuk melepaskan arus petir (hingga puluhan hingga ratusan kiloamper), dan menjepittegangan sisadi bawah tingkat ketahanan isolasi peralatan.

Status pemulihan (mendapatkan kembali resistensi tinggi): Setelah tegangan berlebih hilang, resistor secara otomatis kembali ke-keadaan resistansi tinggi dan memutus arus mengikuti frekuensi daya. Struktur tanpa celah pada dasarnya menghilangkan isu-isu terkini.

2. Desain Struktur Keseluruhan Garis-Tipe MOA

2.1 Komponen Inti: Kolom Resistor ZnO Bertumpuk

Komposisi bahan: Seng oksida menyumbang lebih dari 90% bahan mentah, dicampur dengan bismut, antimon, kobalt, dan oksida logam lainnya. Campuran tersebut disinter pada suhu di atas 1000 derajat untuk membentuk keramik polikristalin, yang lapisan batas butirnya menghasilkan sifat listrik non-linier.

Bentuk perakitan: Beberapa resistor dihubungkan secara seri untuk memenuhi kebutuhan tegangan pada tingkat daya yang berbeda (misalnya, ratusan resistor digunakan untuk sistem 220 kV). Sambungan paralel multi-kolom meningkatkan ketahanan terhadap arus besar dan kapasitas penyerapan energi.

Elektroda: Elektroda logam yang terbuat dari aluminium atau tembaga dipasang di kedua ujungnya untuk memastikan resistansi kontak yang rendah dan distribusi arus yang seragam.

2.2 Sistem Isolasi dan Penyegelan

Perumahan komposit: Terbuat dari karet silikon atau monomer etilen propilena diena (EPDM), yang memiliki ketahanan terhadap polusi, ketahanan terhadap penuaan, dan kekuatan mekanis yang sangat baik. Ini memberikan isolasi eksternal dan penyegelan keseluruhan.

Isolasi dalam: Silinder belitan fiberglass atau batang insulasi epoksi menopang kolom resistor, menjaga koaksialitas, dan menahan tekanan mekanis.

Struktur penyegelan: Tutup ujung logam di kedua ujungnya dikombinasikan dengan cincin penyegel karet mencapai penyegelan penuh untuk mencegah masuknya uap air dan penurunan kinerja resistor.

2.3 Komponen Penolong

Perlengkapan pemasangan: Dirancang untuk pemasangan suspensi pada menara transmisi (tipe suspensi atau tegangan), memastikan stabilitas mekanis dalam getaran angin dan-arus hubung singkat.

Perangkat pemantauan: Dilengkapi dengan monitor arus bocor dan penghitung operasi yang terhubung secara seri-untuk memantau kondisi penuaan dan mencatat waktu aktuasi.

Cincin penilaian: Dipasang pada ujung-tegangan tinggi untuk mengoptimalkan distribusi medan listrik, menekan pelepasan korona, dan mengurangi pelepasan sebagian.

3. Parameter Desain Utama dan Kriteria Seleksi

3.1 Desain Parameter Listrik

Tegangan terukur (\\(U_r\\)): Tidak boleh lebih rendah dari tegangan operasi maksimum sistem, untuk menghindari aktuasi yang tidak diinginkan dan mengendalikan arus bocor dalam operasi normal.

Tegangan referensi (\\(U_{ref}\\)): Tegangan diukur pada arus 1 mA. Biasanya \\(U_r ≈ 0.75-0.8U_{ref}\\), yang menentukan tegangan ambang batas untuk aktivasi.

Tegangan sisa (\\(U_{res}\\)): Tegangan sisa di bawah impuls petir (8/20 μs) tidak boleh melebihi \\(2.2U_r\\), dan di bawah impuls switching tidak boleh melebihi \\(1.8U_r\\), untuk menjamin margin proteksi yang memadai.

Kemampuan menahan energi: Dirancang sesuai dengan arus petir maksimum saluran transmisi (misalnya, 100 kA) dan energi yang dihasilkan oleh tegangan lebih switching, untuk mencegah kegagalan termal yang tidak terkendali.

3.2 Desain Termal

Kapasitas panas resistor: Kerapatan energi sebuah resistor tidak kurang dari 200 J/cm³. Tata letak paralel multi-kolom menyebarkan panas secara efektif.

Jalur pembuangan panas: Perpindahan panas dari resistor ke elektroda dan penutup ujung, kemudian dibuang ke udara sekitar melalui konveksi alami. Perumahan komposit dirancang dengan ketahanan termal rendah untuk menghindari panas berlebih lokal dan penuaan yang dipercepat.

3.3 Desain Koordinasi Isolasi

Koordinasi dengan isolator garis: Tegangan sisa arester harus lebih rendah daripada tegangan flashover isolator saluran, sehingga arester beroperasi secara istimewa untuk melindungi isolator.

Koreksi ketinggian dan polusi: Untuk area di atas 1000 meter di atas permukaan laut, jarak isolasi eksternal ditambah. Untuk daerah yang sangat tercemar, digunakan perumahan dengan jarak rambat yang lebih besar.

4. Keunggulan Dibandingkan dengan Surge Arrester Tradisional

Struktur tanpa celah: Menghilangkan celah percikan seri, menampilkan kecepatan respons tingkat nanodetik, tidak ada arus yang mengikuti, dan tidak ada risiko kerusakan atau penuaan celah, sehingga mencapai keandalan yang lebih tinggi.

Non-linearitas yang unggul: Koefisien non-linier resistor ZnO yang jauh lebih tinggi memastikan arus bocor yang lebih rendah dan kontrol tegangan sisa yang lebih akurat untuk kinerja perlindungan yang lebih baik.

Perumahan komposit: Menggantikan rumah porselen tradisional, dengan keunggulan tahan polusi, tahan patah, dan ringan, cocok untuk pemasangan suspensi pada saluran transmisi.

5. Ringkasan Konsep Desain Inti