Princípios de projeto de pára-raios para linhas de transmissão de alta-tensão

1. Princípio básico de funcionamento: características de corrente não-de tensão linear-

Estado operacional normal (alta resistência): Sob tensão de frequência de energia, a resistividade dos resistores de ZnO atinge \\(10^{10}-10^{11}Ω·cm\\). A corrente de fuga está no nível de microampères (menos de 100 μA), agindo quase como um circuito aberto sem interferir na operação do sistema.

Estado operacional de sobretensão (baixa resistência): Quando a sobretensão de raios ou comutação excede otensão operacional (tensão de referência), a resistência cai drasticamente em mais de dez mil vezes. Um caminho condutor de baixa-resistência é formado em nanossegundos para descarregar a corrente do raio (até dezenas a centenas de quiloamperes) e fixar otensão residualabaixo do nível de resistência de isolamento do equipamento.

Estado de recuperação (recuperar alta resistência): assim que a sobretensão desaparece, os resistores retornam automaticamente ao estado de alta -resistência e cortam a corrente de acompanhamento da frequência de energia. A estrutura sem lacunas elimina fundamentalmente os problemas atuais.

2. Projeto estrutural geral da linha-tipo MOA

2.1 Componente principal: Colunas de resistores de ZnO empilhadas

Composição material: O óxido de zinco representa mais de 90% das matérias-primas, misturado com bismuto, antimônio, cobalto e outros óxidos metálicos. A mistura é sinterizada a uma temperatura acima de 1.000 graus para formar cerâmicas policristalinas, cujas camadas limite de grão fornecem propriedades elétricas não{3}}lineares.

Formulário de montagem: Vários resistores são conectados em série para atender aos requisitos de tensão de diferentes graus de potência (por exemplo, centenas de resistores são usados ​​para sistemas de 220 kV). A conexão paralela de múltiplas{4}colunas melhora a resistência a grandes correntes e a capacidade de absorção de energia.

Eletrodos: Eletrodos metálicos feitos de alumínio ou cobre são instalados em ambas as extremidades para garantir baixa resistência de contato e distribuição uniforme de corrente.

2.2 Sistema de Isolamento e Vedação

Carcaça composta: Feito de borracha de silicone ou monômero de etileno propileno dieno (EPDM), apresentando excelente resistência à poluição, resistência ao envelhecimento e resistência mecânica. Fornece isolamento externo e vedação geral.

Isolamento interno: Cilindros de enrolamento de fibra de vidro ou hastes de isolamento de epóxi suportam as colunas do resistor, mantêm a coaxialidade e suportam tensões mecânicas.

Estrutura de vedação: As tampas metálicas em ambas as extremidades, combinadas com anéis de vedação de borracha, proporcionam vedação total para evitar a entrada de umidade e a degradação do desempenho dos resistores.

2.3 Componentes Auxiliares

Acessórios de montagem: Projetado para instalação de suspensão em torres de transmissão (tipo suspensão ou tensão), garantindo estabilidade mecânica sob vibração de vento e corrente de-curto-circuito.

Dispositivos de monitoramento: equipado com monitores de corrente de fuga conectados-em série e contadores de operação para monitorar condições de envelhecimento e registrar tempos de atuação.

Anéis de classificação: instalado na extremidade de alta-tensão para otimizar a distribuição do campo elétrico, suprimir a descarga corona e reduzir a descarga parcial.

3. Principais parâmetros de projeto e critérios de seleção

3.1 Projeto de Parâmetros Elétricos

Tensão nominal (\\(U_r\\)): Não deve ser inferior à tensão máxima de operação do sistema, para evitar atuação não intencional e controlar a corrente de fuga em operação normal.

Tensão de referência (\\(U_{ref}\\)): A tensão medida a uma corrente de 1 mA. Normalmente \\(U_r ≈ 0,75-0,8U_{ref}\\), que determina a tensão limite para ativação.

Tensão residual (\\(U_{res}\\)): A tensão residual sob impulso de raio (8/20 μs) não deve exceder \\(2,2U_r\\), e aquela sob impulso de comutação não deve exceder \\(1,8U_r\\), para garantir margem de proteção suficiente.

Capacidade de resistência à energia: Projetado de acordo com a corrente máxima de raios das linhas de transmissão (por exemplo, 100 kA) e a energia gerada pelas sobretensões de comutação, para evitar falhas de fuga térmica.

3.2 Projeto Térmico

Capacidade térmica dos resistores: A densidade de energia de um único resistor não é inferior a 200 J/cm³. O layout paralelo de múltiplas-colunas dispersa o calor de maneira eficaz.

Caminho de dissipação de calor: O calor é transferido dos resistores para os eletrodos e tampas das extremidades e, em seguida, dissipa-se para o ar ambiente por meio de convecção natural. A carcaça composta é projetada com baixa resistência térmica para evitar superaquecimento local e envelhecimento acelerado.

3.3 Projeto de Coordenação de Isolamento

Coordenação com isoladores de linha: A tensão residual do pára-raios deve ser inferior à tensão de descarga dos isoladores de linha, para que o pára-raios opere preferencialmente para proteger os isoladores.

Correção para altitude e poluição: Para áreas acima de 1000 metros acima do nível do mar, a distância de isolamento externo é aumentada. Para áreas altamente poluídas, são adotados alojamentos com maior distância de fuga.

4. Vantagens em comparação com os pára-raios tradicionais

Estrutura sem lacunas: elimina os spark gaps em série, apresentando velocidade de resposta em nível de nanossegundos, sem corrente de acompanhamento e sem riscos de quebra de gap ou envelhecimento, alcançando assim maior confiabilidade.

Não{0}}linearidade superior: O coeficiente não{0}linear muito mais alto dos resistores de ZnO garante menor corrente de fuga e controle mais preciso da tensão residual para melhor desempenho de proteção.

Carcaça composta: Substitui as tradicionais carcaças de porcelana, com vantagens de resistência à poluição, resistência à fratura e leveza, adequadas para instalação de suspensão em linhas de transmissão.

5. Resumo dos principais conceitos de design