Le parafomage à haute tension est un dispositif clé utilisé dans les systèmes d'alimentation pour limiter la surtension et protéger l'équipement électrique. Son principe de conception est basé sur les caractéristiques de résistance non linéaire et la coordination de l'espace de décharge. L'objectif principal est de mener rapidement et de décharger le courant en cas de surtension, de limiter la tension dans une plage de sécurité et de maintenir une impédance élevée pendant le fonctionnement normal pour éviter le passage du courant de fréquence de puissance. Ce qui suit fournit une analyse détaillée du point de vue des composants centraux, des principes de travail, des points de conception et des différences dans les types:
I. Composants et principes de base
1. Élément de résistance non linéaire (plaque de soupape)
• Caractéristiques matérielles
Utilisant principalement des matériaux semi-conducteurs d'oxyde métallique tels que l'oxyde de zinc (ZnO), dont les caractéristiques de résistance varient considérablement avec la tension:
Sous tension normale (fréquence de puissance): la résistance est extrêmement élevée (proche de l'état d'isolation), avec seulement un courant de fuite de microampere passant, assurant le fonctionnement normal du système.
Sous surtension (foudre ou surtension opérationnelle): la résistance baisse fortement (dans un état de conduite à faible résistance), permettant à d'énormes courants (des milliers à des dizaines de milliers d'ampères) à traverser, libérant rapidement de l'énergie et limitant l'amplitude de la tension.
• Caractéristiques de courant de tension
En utilisant les caractéristiques de l'ampère volt non linéaire, la tension résiduelle (la tension maximale après l'activation du paraftoral de foudre) est limitée dans la plage de tolérance de l'équipement pendant la surtension.
2. Écart de décharge (certains types)
• Fonction:
Les trousseurs de foudre traditionnels (tels que les hissert de la foudre en carbure de silicium) nécessitent des écarts de décharge de série pour isoler la tension normale des résistances non linéaires et éviter la surchauffe de résistance et le vieillissement sous tension de fréquence de puissance à long terme.
• Mécanisme de travail:
Lorsque la surtension se produit, l'écart est décomposé et conducteur, ce qui fait que le courant s'écoule dans l'élément résistif; Une fois que la tension revient à la normale, l'espace éteint rapidement l'arc et coupe le courant continu de fréquence de puissance.
• Tendances modernes
Le parafomage de la foudre d'oxyde de zinc peut éliminer les lacunes de décharge (structure sans espace), simplifier la conception et améliorer la vitesse de réponse en raison de la résistance extrêmement élevée de la plaque de soupape sous tension normale.
Ii Flux de travail et paramètres clés
1. Processus de protection contre la surtension
1) Surge de surtension:
Surcharge transitoire générée par la foudre, le fonctionnement du commutateur, etc. agit aux deux extrémités de la foudre.
2) Fuise de conduction de la plaque de soupape:
Lorsque la tension dépasse le seuil, la résistance de la valve baisse fortement, guidant l'énergie de surtension pour entrer dans le sol sous la forme d'un courant important, limitant la tension aux deux extrémités de l'équipement.
3) La tension revient à la normale:
Une fois que la surtension a disparu, la résistance à la valve augmente rapidement, ne permettant que le courant de fuite de microampere et le système reprend un fonctionnement normal.
2. Paramètres de conception de clés
• Tension de fonctionnement continu (UC)
La valeur effective maximale de la tension de fréquence de puissance pour le fonctionnement fiable à long terme des entretiens de foudre doit être adaptée à la tension nominale du système.
• Courant de décharge nominal (IN):
Le courant standard pour mesurer la capacité de charge de courant des entretiens de foudre (tels que 5KA, 10KA) détermine la taille et la quantité de plaques de soupape.
• Pression résiduelle (UR):
La tension maximale aux deux extrémités de la foudre dans le courant de décharge nominal doit être inférieure à la tension avec impulsion de l'équipement protégé (comme le niveau d'isolation du transformateur).
• Taux de charge:
Le rapport de la tension de fonctionnement continue de pic à la tension de référence de la plaque de soupape affecte le taux de vieillissement de la plaque de soupape et est généralement contrôlé ci-dessous {{0}}. 7 ~ 0,8.
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Iii. Conception structurelle et différences de type
1. Vater de foudre d'oxyde de zinc sans couture (conception grand public)
• Structure :
Empilé et encapsulé avec plusieurs couches de plaques de soupape d'oxyde de zinc dans une veste d'isolation en céramique ou composite, sans espaces de décharge.
• Avantages:
La vitesse de réponse est extrêmement rapide (niveau de nanoseconde), qui peut limiter efficacement la surtension des ondes abruptes.
O Aucun problème d'usure d'écart, sans maintenance, haute fiabilité.
• Application :
Largement utilisé dans des systèmes à haute tension de 35 kV et plus, tels que les barres de sous-station, les transformateurs, les disjoncteurs et autres protection des équipements.
2. Équipé d'un parcours d'éclair de l'écart de série
• Structure
L'espace de décharge est connecté en série avec la plaque de soupape, tel que le paraflement de la foudre en carbure de silicium ou un nouvel parafoux d'oxyde de zinc.
• Caractéristiques
L'isolement GAP fonctionne sous tension normale et la plaque de soupape ne fonctionne que sous surtension, prolongeant sa durée de vie.
Il est nécessaire de concevoir avec précision la coordination entre la tension de décharge de l'espace et la tension de conduction de la plaque de soupape pour éviter une mauvaise opération ou le refus de se déplacer.
• Application
Systèmes précoces à haute tension ou scénarios spéciaux (tels que les systèmes de point neutre à la mise à la terre).
Iv. Concevoir des défis et des instructions d'optimisation
1. Tolérance énergétique
• Problème
La durée du fonctionnement de surtension est relativement longue (en millisecondes), et la plaque de soupape doit avoir une capacité d'absorption d'énergie élevée pour éviter l'effondrement thermique.
• Solution :
Adopter des plaques de soupape de grand diamètre ou des structures parallèles multi-colonnes pour augmenter la zone d'écoulement.
Optimiser la formulation des matériaux (comme l'ajout d'oxydes tels que le cobalt et le bismuth) pour améliorer la stabilité thermique.
2. Coordination d'isolation
• Objectif:
Assurez-vous que la tension résiduelle du parafarme de la foudre est inférieure au niveau d'isolation de l'équipement, tout en évitant un fonctionnement fréquent en raison de la conception des paramètres inappropriés.
• Méthode:
Calculez l'amplitude et la forme d'onde de la surtension du système par simulation de surtension (comme le logiciel ATP-EMTP).
Sélectionnez la tension nominale appropriée et le niveau de protection de la foudre en fonction de normes telles que la CEI 60099.
3. Anti-âge et fiabilité
Problèmes opérationnels à long terme:
Le petit courant de fuite sous tension de fonctionnement continue peut provoquer un vieillissement de la plaque de soupape, conduisant à une dégradation caractéristique.
• Mesures d'amélioration
Adopter une structure d'étanchéité (comme les anneaux d'étanchéité en caoutchouc) pour empêcher l'humidité de pénétrer et réduire le courant de fuite.
Construit en ligne de surveillance en ligne, surveillance en temps réel du courant de fuite et de la température, avertissement des tendances du vieillissement.
V. Scénarios d'application typiques
• Lignes de transmission: installées en haut des tours ou des bornes de câble pour protéger contre la surtension de la foudre.
• Équipement de sous-station: parallèle connecté aux transformateurs, disjoncteurs, banques de condensateurs, etc., pour limiter la surtension de fonctionnement.
• Protection des générateurs: concevoir des entretiens de foudre spécialisés (tels que une faible tension résiduelle et une capacité de courant élevée) pour aborder les faibles caractéristiques d'isolation du générateur.
Récapitulation
Le noyau de conception des entretiens de foudre à haute tension est la régulation des caractéristiques Volt Ampère des résistances non linéaires et l'équilibre des capacités de libération d'énergie. Grâce à l'innovation matérielle (comme l'oxyde de nano-zinc), l'optimisation structurelle (telle que les plaques de soupape en série multi-étages) et la technologie de surveillance intelligente, la précision de la protection, la fiabilité et la durée de vie de service sont en permanence améliorée, offrant des garanties clés pour le fonctionnement sûr et stable des systèmes d'électricité.
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