고전압 전송선용 서지 피뢰기의 설계 원리-

1. 핵심 작동 원리: 비-선형 전압-전류 특성

정상 작동 상태(고저항): 상용 주파수 전압에서 ZnO 저항기의 저항률은 \\(10^{10}-10^{11}Ω·cm\\)에 도달합니다. 누설 전류는 마이크로암페어 수준(100μA 미만)이며 시스템 작동을 방해하지 않고 거의 개방 회로처럼 작동합니다.

과전압 작동 상태(낮은 저항): 낙뢰 또는 개폐 과전압이 허용치를 초과하는 경우작동 전압(기준 전압), 저항은 10,000배 이상 급격히 감소합니다. 낮은- 저항 전도 경로가 나노초 내에 형성되어 낙뢰 전류(최대 수십~수백 킬로암페어)를 방전하고잔류전압장비의 절연 내력 수준 이하.

회복 상태(높은 저항 회복): 과전압이 사라지면 저항기는 자동으로 높은 저항 상태로 돌아가고- 상용 주파수 추종 전류를 차단합니다. Gapless 구조는 기존의 문제점을 근본적으로 제거합니다.

2. 라인-형 MOA의 전체적인 구조 설계

2.1 핵심 구성 요소: 적층된 ZnO 저항기 기둥

재료 구성: 산화아연은 ​​원료의 90% 이상을 차지하며, 비스무트, 안티몬, 코발트 및 기타 금속산화물이 혼합되어 있습니다. 혼합물은 1000도 이상의 온도에서 소결되어 다결정 세라믹을 형성하며, 그 입자 경계층은 비선형 전기 특성을 전달합니다.-

조립 형태: 다양한 전력 등급의 전압 요구 사항을 충족하기 위해 여러 저항기가 직렬로 연결됩니다(예: 220kV 시스템에는 수백 개의 저항기가 사용됩니다). 다중-열 병렬 연결로 대전류에 대한 저항성과 에너지 흡수 용량이 향상됩니다.

전극: 알루미늄이나 구리 재질의 금속전극을 양쪽 끝단에 장착하여 접촉저항이 낮고 전류분포가 균일합니다.

2.2 절연 및 밀봉 시스템

복합 주택: 실리콘 고무 또는 EPDM(에틸렌 프로필렌 디엔 단량체)을 사용하여 내오염성, 내노화성, 기계적 강도가 우수합니다. 외부 절연 및 전체 밀봉 기능을 제공합니다.

내부 절연: 유리섬유 권선 실린더 또는 에폭시 절연 로드가 저항 컬럼을 지지하고 동축성을 유지하며 기계적 응력을 견뎌냅니다.

씰링 구조: 고무 씰링 링과 결합된 양쪽 끝의 금속 엔드 캡은 완전한 씰링을 구현하여 습기 유입 및 저항기의 성능 저하를 방지합니다.

2.3 보조 구성 요소

장착 피팅: 송전탑(서스펜션 또는 텐션형)에 서스펜션 설치용으로 설계되어 바람 진동 및 단락 전류에서 기계적 안정성을 보장합니다-.

모니터링 장치: 노화 상태를 모니터링하고 작동 시간을 기록하기 위해 직렬로 연결된-누설 전류 모니터 및 작동 카운터가 장착되어 있습니다.

등급 링: 고전압단에 설치-하여 전기장 분포를 최적화하고 코로나 방전을 억제하며 부분방전을 줄입니다.

3. 주요 설계 변수 및 선택 기준

3.1 전기적 매개변수 설계

정격전압(\\(U_r\\)): 정상 작동 시 의도하지 않은 작동 및 제어 누출 전류를 방지하기 위해 시스템의 최대 작동 전압보다 낮아서는 안 됩니다.

기준 전압(\\(U_{ref}\\)): 1mA 전류에서 측정된 전압입니다. 일반적으로 \\(U_r ≒ 0.75-0.8U_{ref}\\)는 활성화를 위한 임계 전압을 결정합니다.

잔류전압(\\(U_{res}\\)): 충분한 보호 마진을 보장하기 위해 낙뢰 충격(8/20 μs) 시 잔류 전압은 \\(2.2U_r\\)을 초과하지 않아야 하며, 스위칭 임펄스 시 잔류 전압은 \\(1.8U_r\\)을 초과해서는 안 됩니다.

에너지 저항 능력: 전송선로의 최대 낙뢰 전류(예: 100kA)와 과전압 개폐에 따른 에너지에 따라 설계하여 열폭주 고장을 방지합니다.

3.2 열 설계

저항기의 열용량: 단일 저항기의 에너지 밀도는 200 J/cm3 이상입니다. 다중-열 병렬 레이아웃은 열을 효과적으로 분산시킵니다.

방열 경로: 열은 저항기에서 전극 및 엔드 캡으로 전달된 다음 자연 대류를 통해 주변 공기로 소산됩니다. 복합 하우징은 국부적인 과열과 노화 가속화를 방지하기 위해 낮은 열 저항으로 설계되었습니다.

3.3 단열 조화 설계

라인 절연체와의 조화: 피뢰기의 잔류전압은 선간 절연체의 섬락전압보다 낮아야 하며 피뢰기가 절연체를 보호하기 위해 우선적으로 작동하도록 해야 합니다.

고도 및 오염 보정: 해발 1000m 이상 지역의 경우 외부 단열 거리가 늘어납니다. 오염이 심한 지역의 경우 연면 거리가 더 큰 하우징이 채택됩니다.

4. 기존 서지 피뢰기와 비교한 장점

틈이 없는 구조: 나노초- 수준의 응답 속도, 후속 전류 없음, 갭 고장이나 노후화 위험이 없어 시리즈 스파크 갭을 제거하여 더 높은 신뢰성을 달성합니다.

뛰어난 비선형성-: ZnO 저항기의 훨씬 높은 비선형 계수는 누설 전류를 낮추고 잔류 전압을 보다 정확하게 제어하여 보호 성능을 향상시킵니다.

복합 주택: 기존의 도자기 하우징을 대체하며 내오염성, 내파괴성, 경량의 장점을 가지고 있어 송전선로의 서스펜션 설치에 적합합니다.

5. 핵심 설계 개념 요약