Principes de conception des parafoudres pour les lignes de transport à haute tension-

1. Principe de fonctionnement de base : caractéristiques de courant non-de tension-

État de fonctionnement normal (haute résistance): Sous la tension à fréquence industrielle, la résistivité des résistances ZnO atteint \\(10^{10}-10^{11}Ω·cm\\). Le courant de fuite est de l'ordre du microampère (moins de 100 μA), agissant presque comme un circuit ouvert sans interférer avec le fonctionnement du système.

État de fonctionnement en surtension (faible résistance): Lorsque la surtension de foudre ou de commutation dépasse latension de fonctionnement (tension de référence), la résistance chute fortement de plus de dix mille fois. Un chemin conducteur à faible -résistance est formé en quelques nanosecondes pour décharger le courant de foudre (jusqu'à des dizaines à des centaines de kiloampères) et serrer letension résiduelleen dessous du niveau de tenue d'isolation de l'équipement.

État de récupération (retrouver une résistance élevée) : Une fois la surtension disparue, les résistances reviennent automatiquement à l'état de résistance élevée-et coupent le courant de suivi de la fréquence industrielle. La structure sans interruption élimine fondamentalement les problèmes actuels.

2. Conception structurelle globale du MOA de type ligne-

2.1 Composant principal : colonnes de résistances ZnO empilées

Composition du matériau: L'oxyde de zinc représente plus de 90 % des matières premières, mélangé au bismuth, à l'antimoine, au cobalt et à d'autres oxydes métalliques. Le mélange est fritté à une température supérieure à 1 000 degrés pour former des céramiques polycristallines, dont les couches limites de grains offrent des propriétés électriques non linéaires.

Formulaire de montage: Plusieurs résistances sont connectées en série pour répondre aux exigences de tension de différentes qualités de puissance (par exemple, des centaines de résistances sont utilisées pour les systèmes 220 kV). La connexion parallèle multi-colonnes améliore la résistance à une grande capacité d'absorption de courant et d'énergie.

Électrodes: Des électrodes métalliques en aluminium ou en cuivre sont installées aux deux extrémités pour garantir une faible résistance de contact et une répartition uniforme du courant.

2.2 Système d'isolation et d'étanchéité

Boîtier composite: Fabriqué en caoutchouc de silicone ou en éthylène propylène diène monomère (EPDM), présentant une excellente résistance à la pollution, une résistance au vieillissement et une résistance mécanique. Il assure l’isolation extérieure et l’étanchéité globale.

Isolation interne: Des cylindres d'enroulement en fibre de verre ou des tiges d'isolation époxy soutiennent les colonnes de résistances, maintiennent la coaxialité et supportent les contraintes mécaniques.

Structure d'étanchéité: Les embouts métalliques aux deux extrémités, combinés à des bagues d'étanchéité en caoutchouc, permettent d'obtenir une étanchéité complète pour empêcher la pénétration d'humidité et la dégradation des performances des résistances.

2.3 Composants auxiliaires

Ferrures de montage : Conçu pour l'installation de suspensions sur des pylônes de transmission (type suspension ou tension), assurant la stabilité mécanique sous les vibrations du vent et le courant de court-circuit.

Appareils de surveillance : Équipé de moniteurs de courant de fuite et de compteurs de fonctionnement connectés en série-pour surveiller les conditions de vieillissement et enregistrer les temps d'actionnement.

Anneaux de classement : Installé à l'extrémité haute-tension pour optimiser la distribution du champ électrique, supprimer la décharge corona et réduire les décharges partielles.

3. Paramètres de conception clés et critères de sélection

3.1 Conception des paramètres électriques

Tension nominale (\\(U_r\\)): Ne doit pas être inférieur à la tension de fonctionnement maximale du système, pour éviter un actionnement involontaire et contrôler le courant de fuite en fonctionnement normal.

Tension de référence (\\(U_{ref}\\)): La tension mesurée à un courant de 1 mA. Normalement \\(U_r ≈ 0,75-0,8U_{ref}\\), qui détermine la tension seuil d'activation.

Tension résiduelle (\\(U_{res}\\)): La tension résiduelle sous impulsion de foudre (8/20 μs) ne doit pas dépasser \\(2,2U_r\\), et celle sous impulsion de commutation ne doit pas dépasser \\(1,8U_r\\), pour garantir une marge de protection suffisante.

Capacité de tenue énergétique: Conçu en fonction du courant de foudre maximum des lignes de transmission (par exemple, 100 kA) et de l'énergie générée par les surtensions de commutation, pour éviter les pannes d'emballement thermique.

3.2 Conception thermique

Capacité thermique des résistances: La densité énergétique d'une seule résistance n'est pas inférieure à 200 J/cm³. La disposition parallèle à plusieurs colonnes- disperse efficacement la chaleur.

Chemin de dissipation thermique: La chaleur est transférée des résistances aux électrodes et aux embouts, puis se dissipe dans l'air ambiant par convection naturelle. Le boîtier composite est conçu avec une faible résistance thermique pour éviter une surchauffe locale et un vieillissement accéléré.

3.3 Conception de coordination de l'isolation

Coordination avec les isolateurs de ligne: La tension résiduelle du parafoudre doit être inférieure à la tension de contournement des isolateurs de ligne, afin que le parafoudre fonctionne préférentiellement pour protéger les isolateurs.

Correction de l'altitude et de la pollution: Pour les zones situées au-dessus de 1000 mètres d'altitude, la distance d'isolation extérieure est augmentée. Pour les zones fortement polluées, des boîtiers avec une plus grande ligne de fuite sont adoptés.

4. Avantages par rapport aux parafoudres traditionnels

Structure sans faille : Élimine les éclateurs en série, avec une vitesse de réponse de niveau nanoseconde-, aucun courant de suivi et aucun risque de rupture ou de vieillissement de l'écart, permettant ainsi une plus grande fiabilité.

Non-linéarité supérieure : Le coefficient non linéaire - beaucoup plus élevé des résistances ZnO garantit un courant de fuite plus faible et un contrôle plus précis de la tension résiduelle pour de meilleures performances de protection.

Boîtier composite: Remplace les boîtiers traditionnels en porcelaine, avec les avantages de résistance à la pollution, de résistance à la rupture et de légèreté, adapté à l'installation de suspension sur les lignes de transmission.

5. Résumé des concepts de conception de base