Bendazên Şivê: Piramîna, Materyalan û Pêşgotina Şivê Xalîyê Têr Tişîn

Birnekanên Zihînê û Evolîsyona Wan

Birnekan zihîn her dem bi çarçoveyên elektrîkî yên dike tê piştgiriyek bi paralel bûyî ye. Di hêza serastina cihazan de vê birnekan nayê tevahîbûn. Lêm, dîsa ku overvoltage-ek bêdî derbarê çarçoveyên tê piştgiriyek dike werin, birneka yê ilk hatine navkirin û overvoltage-ek bi girîngî ji bo zemin pereket.

Forma girîngîsta û herî basîta birnekan zihîn du çubeyên metalî yên bi vêjîr bibînin û bi paralel li ser çarçoveyên elektrîkî yên tê piştgiriyek bûyî ye. Dîsa ku voltage-ek li ser vê vêjîr da hatiye kevankirin, hewa (vêjîr) hatiye berperverîn, û çarçoveyên tê piştgiriyek hatiye navkirin. Vê cûra birnekan "expulsion gap" an "protective gap" îmal kirin.

Cihanîna şimşekê jî hevaltir e: aborî û zemin wekî du kundelêk (electrodes) derbas din. Dîsa ku voltage-ek li ser wan hatiye kevankirin, hewa li ser wan hatiye berperverîn, û şimşek hatiye werin.

Lêm, divê yek karîya herî muhîm bîn. Protective gaps bi paralel li ser xeta sînora bibînin. Dîsa ku overvoltage-ek bêdî vêjîrê hatiye berperverîn (yani hewa li ser çubeyan hatiye ionized), êzgina û stasyonê ya substation nayê bêtirin ji bo vê rêza - an nekarin bêtirin çareseribîn. Buna, van dikarin bêtirin roja current-ê bi rastîn. Ji ber ku vêjîr rastîna li ser zemin hatiye verqet, roja current-ê bi rastîn hatiye verqet, û short circuit-ek li ser sistemê ya sînora hatiye werin. Ji ber vê yekê, lê protective gaps herî esasa bikaranîn, operasyonê wê short-circuit-ek li ser vêjîr hatiye verqet.

Seba çawa arc-ek li ser protective gap bi rastîn bêtirin afkirandin pas operasyon? Ew hatiye çêkerda li ser birnekan zihînên jîyan- generation - expulsion (an tube-type) arrester. Serdemiyek ya vê design-ê arc-ek li ser tube-ek hatiye hatek û metoda bikaranîn bi rastîn afkirandin.

Lêm, expulsion arresters heneke tenê ra'îs bêtirin: bi hesabê arc-quenching capability, wan heneke roja current-ê li ser sînora bi rastîn hatiye verqet, û momentary earth fault (short circuit) hatiye werin.

Çareserî ideal biha bût cihaza ku current-ê were hatine blok û an only minimal leakage bi voltage-ek serastîn, û ji bo short circuits were hatine navkirin, lêm bi rastîn overcurrent-ên mezin (wek şimşek) li ser zemin were hatine verqet dîsa ku overvoltage-ek bêdî derbarê çarçoveyên tê piştgiriyek dike werin. Bi zevahî, vê cihaza were hatine bikar bînin wek "intelligent switch," ku bi rastîn bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtirin bêtir......

Birnekan zihîn wek "intelligent switch" bi rastîn hatek çêkerin ji bo materyalê ya ku silicon carbide (SiC) îmal kirin. Birnekan yên ji materyalkê wê îmal kirin "valve-type arresters" an jî birnekan yên wek valve-yan werin.

Di navbera vê "valve" an jî komponenta elektrîkî û valve-ya mekanîkî (wek tap û pipe valve) yek dike. Valves-ê mekanîkî heneke tevahîbûn ji bo şimşek, ku di microseconds de derbarên dikin. Lêm, "valve" elektrîkî ji non-linear resistor bêtirin bikar bînin. Silicon carbide wek non-linear resistor materyalê ya herî yekemîn ku hatek dîtîn ji bo istifadeyên high-voltage.

Zanîna teknolojî hatiye çêkerdış. Materyalê yekemîn ji bo non-linear resistor li ser birnekan zihîn hatiye dîtîn: zinc oxide (ZnO). Vê materyal da taybetmendiyên "valve" herî behter dikin - profesyonelî hejmarinîn wek non-linearity.

Non-linearity çi ye? Figuratively, ew demik e: ku herî mezin dibîne dîsa ku herî mezin dibîne, û herî mezin dibîne dîsa ku herî mezin dibîne - ji ber ku komponenta linear proportional dibîne.

Li ser birnekan zihîn, non-linearity bi rastîn hatine werin: dîsa ku current-ek mezin dibîne (wêjîr şimşek), resistance-ek hatiye qulil dibîne, û herî qulil dibîne, non-linearity herî behter dibîne. Dîsa ku current-ek qulil dibîne (pas guhertina şimşek û sistemê li ser voltage-ek serastîn were hatine verqet), resistance-ek hatiye mezin dibîne, û herî mezin dibîne, non-linearity herî behter dibîne.

Silicon carbide non-linearity hatiye werin, lêm nayê ideal. Li ser voltage-ek serastîn, resistance-ek nayê destpêk mezin, û current-ek leakage qulil hatiye werin - wek valve-ya ku nayê destpêk bêtirin bêtirin, û continuous "trickle" of current hatiye werin.

Vê taybetmendiya materyalê ye, û çareseran ji bo hilînîna leakage bi serperestina materyalê nayê reşik. Buna, lê silicon carbide li ser birnekan bikaranîn, çareseran structurally bikaranîn: birneka li ser xeta sînora nayê piştgiribîn û tenê li ser surge piştgiribîn. Ev kar bi serparastina air gap series bikaranîn. Ji ber vê yekê, valve-type arresters herî piran gap-ek piştgiribîn. Lêm, zinc oxide valves "close tightly" li ser voltage-ek serastîn, û nayê gap-ek series piştgiribîn.

Ji ber ku teknolojîya zinc oxide manufacturing hatiye pêşkirin, rawazên "closing" li ser destpêkî hatiye rakirin. Lêm, ji ber taybetmendiya historical gapped designs, hicem zinc oxide arresters heneke gap-ek piştgiribîn. Lêm, gapless zinc oxide arresters heneke piran.

Ji ber ku zinc oxide metal oxide e, wan birnekan heneke Metal Oxide Surge Arresters (MOSA).

Parzûneya Şimşek di Sistemên Sînora de

Li ser perspektîva cihazan parzûneya şimşek, sê cîha girîng ên: lightning rods (air terminals), overhead ground wires (shield wires), û birnekan zihîn. Du cîhaya yekemîn strukturala basîta - tenê çubey û xeta bibînin - lêm piram herî kompleks bi rastîn bikaranîn ji bo non-linear resistors wek "intelligent switches."

Li ser perspektîva çarçoveyên tê piştgiriyek, parzûneya şimşek bi rastîn hatek çêkerin: overhead transmission line protection, substation protection, û motor protection.

Xeta overhead li ser malperên mezin dibînin, li ser malperên terrestriyên. Ji bo minîmalkirina tesîri li ser navend û ekosisteman, van li ser bihejî bibînin. Wêjîr, "The tallest tree catches the most wind," ji ber vê yekê, wan herî piran target ûn şimşek. Statistikên werin dîtin ku piranîn xeta grid-ê hatiye werin ji bo şimşek li ser xeta. Buna, xeta overhead piştgiribîn heneke bikar bînin. Lêm, ji ber length-ê wan, absolute protection nayê praktîk û bi cost-ê herî mezin dibîne. Buna, line protection relative e: hicem şimşek li ser xeta û flashovers hatiye werin. Ev protection bi serparastina overhead ground wires bikaranîn.

Lêm, substations herî piran muhîm. Van wek hub-ên sistemê ya sînora, çarçoveyên tê piştgiriyek û personel bibînin. Buna, taybetmendiyên parzûneya şimşek-ê van herî yekemîn.

Şimşek li ser substation bi du raya girîng ên: direct strikes, li ser lightning rods (an jî sometimes shield wires) hatine navkirin; û surges propagating from lightning strikes on transmission lines, ku bi serbirinîn bi ser birnekan zihîn hatine navkirin.

Parzûneya şimşek li ser motors (including generators, synchronous condensers, frequency changers, û electric motors) herî piran muhîm e. Generators "heart" yên sistemê ya sînora, û motors mezin herî piran industrial drivers. Damage-ek li ser wan components hatiye werin loss-ên mezin. Lêm, motor protection herî piran challenging e. Motors machines rotating ne, û insulation-ê nayê destpêk thick dibîne û solid (li gor insulation-ê liquid ûn transformers). Insulation-ê solid aging dibîne, û nayê primary protection bi ser birnekan zihîn û additional auxiliary protective measures.

Composite-Housed Zinc Oxide Surge Arresters

Birnekan zihîn cihaz elektrîkî e bi du electrode - yek tenê li ser zemin û yek tenê li ser high voltage - separated by an insulating material, known professionally as an insulator.

Ji ber ku piranîn cihazan sînora li ser atmosfera bibînin, surfaces-ê ya insulating li ser environment-ê bibînin. Part-ê ya insulation-ê wê external insulation an jî outdoor insulation îmal kirin.

Outdoor insulation li ser sunlight, rain, wind, snow, fog, û dew hatiye werin. Buna, qualified outdoor insulation materials nayê taybetmendiyên electrical û mechanical mezin dibîne, lêm nayê weather resistance û service life-ê 40-50 years. Îma, porcelain wekî material-ê herî piran bikaranîn li ser engineering, û tempered glass heneke bikaranîn li ser xeta applications.

Porcelain û glass inorganic materials ne. Li ser electrical û mechanical performance-ê, taybetmendîya key ên stability-ê environmental - exceptional resistance to climatic conditions - enabling them to dominate power system external insulation for nearly a century.

Lêm, wan heneke weakness-ê common: surfaces-ê hydrophilic ne. This allows pollution layers on the insulator surface to absorb moisture. When pollution combines with moisture, it enables current flow, potentially causing a flashover across the insulator surface under normal operating voltage. This is commonly known as pollution flashover, more specifically, surface discharge along a polluted and wetted insulator.

In recent decades, silicone rubber has been widely adopted worldwide to replace traditional materials for insulators. Silicone rubber is an organic material exhibiting strong hydrophobicity, significantly increasing the pollution flashover voltage of external insulation.

Insulators made from organic materials are often called polymer insulators (as organic materials are polymers), non-ceramic insulators, composite insulators (since the external insulation is synthetic), or even plastic insulators abroad.

In China, they were previously known as composite insulators or silicone rubber insulators. They are now uniformly termed organic composite insulators (since organic materials are composites, and these insulators are typically made from a composite of silicone rubber and an epoxy-resin-glass-fiber rod), commonly abbreviated as composite insulators.

Therefore, a composite-housed zinc oxide surge arrester uses an organic material - specifically silicone rubber - as the external insulation for a zinc oxide surge arrester.