高電圧送電線用避雷器の設計原理-

1. 基本的な動作原理: 非-線形電圧-電流特性

通常動作状態（高抵抗）: 電源周波数電圧下では、ZnO 抵抗器の抵抗率は \\(10^{10}-10^{11}Ω・cm\\) に達します。漏れ電流はマイクロアンペア レベル (100 μA 未満) であり、システムの動作を妨げることなく、ほぼ開回路として動作します。

過電圧動作状態（低抵抗）：落雷や開閉過電圧が規定値を超えた場合動作電圧（基準電圧）、抵抗は1万倍以上急激に低下します。低抵抗の導電パスがナノ秒以内に形成され、雷電流 (最大数十キロアンペアから数百キロアンペア) が放電され、電流がクランプされます。残留電圧機器の絶縁耐力レベルを下回っています。

回復状態（高抵抗を取り戻す）: 過電圧が解消されると、抵抗器は自動的に高抵抗状態に戻り、電源周波数の追従電流を遮断します。-ギャップレス構造により、現状の追従性の問題を根本的に解消します。

2. ライン-タイプMOAの全体的な構造設計

2.1 コアコンポーネント: 積層型 ZnO 抵抗器カラム

材料構成：酸化亜鉛が原料の90％以上を占め、ビスマス、アンチモン、コバルトなどの金属酸化物が混合されています。混合物は 1000 度を超える温度で焼結されて多結晶セラミックを形成し、その粒界層が非線形電気特性を実現します。-

組立形式: さまざまな電力グレードの電圧要件を満たすために、複数の抵抗器が直列に接続されます (たとえば、220 kV システムには数百個の抵抗器が使用されます)。多列並列接続により大電流耐性とエネルギー吸収能力が向上します。

電極: 両端にアルミニウムまたは銅製の金属電極が取り付けられており、低い接触抵抗と均一な電流分布を確保します。

2.2 絶縁・密閉システム

複合ハウジング：シリコーンゴムまたはエチレンプロピレンジエンモノマー（EPDM）製で、耐汚染性、耐老化性、機械的強度に優れています。外部絶縁と全体的な密閉を実現します。

内部絶縁: グラスファイバー巻きシリンダーまたはエポキシ絶縁ロッドが抵抗コラムをサポートし、同軸性を維持し、機械的ストレスに耐えます。

シール構造: 両端の金属製エンドキャップとゴム製シールリングを組み合わせることで完全なシールを実現し、湿気の侵入や抵抗器の性能低下を防ぎます。

2.3 補助コンポーネント

取付金具: 送電鉄塔への吊り下げ設置用に設計されており（吊り下げ式または張力式）、風の振動や短絡電流に対する機械的安定性を確保します。-

監視装置: 経年劣化状態を監視し、作動時間を記録するために、直列接続された漏れ電流モニタと動作カウンタを備えています。-

グレーディングリング: 高電圧端に設置され、電界分布を最適化し、コロナ放電を抑制し、部分放電を低減します。{0}

3. 主要な設計パラメータと選択基準

3.1 電気的パラメータの設計

定格電圧(\\(U_r\\)): 意図しない動作を回避し、通常動作時の漏れ電流を制御するために、システムの最大動作電圧を下回ってはなりません。

基準電圧 (\\(U_{ref}\\))：1mAの電流で測定した電圧。通常は \\(U_r ≈ 0.75-0.8U_{ref}\\) で、これが起動のしきい値電圧を決定します。

残留電圧 (\\(U_{res}\\)): 十分な保護マージンを保証するために、雷インパルス (8/20 μs) 下の残留電圧は \\(2.2U_r\\) を超えず、スイッチング インパルス下の残留電圧は \\(1.8U_r\\) を超えてはなりません。

エネルギー耐性：熱暴走故障を防ぐため、送電線の最大雷電流（例：100kA）とスイッチング過電圧によって発生するエネルギーに基づいて設計されています。

3.2 熱設計

抵抗器の熱容量: 単一の抵抗体のエネルギー密度は 200 J/cm3 以上です。複数の列を平行に配置することで熱を効果的に分散します。

放熱経路: 熱は抵抗器から電極とエンドキャップに伝わり、自然対流によって周囲の空気に放散されます。複合ハウジングは、局所的な過熱や老化の促進を避けるために、熱抵抗が低く設計されています。

3.3 断熱協調設計

線間絶縁体とのコーディネート: 避雷器が優先的に動作してがいしを保護するために、避雷器の残留電圧は線路がいしのフラッシュオーバー電圧よりも低くなければなりません。

高度と汚染の補正: 海抜 1000 メートルを超える地域では、外部絶縁距離が長くなります。汚染のひどい地域では、沿面距離の長いハウジングが採用されます。

4. 従来の避雷器と比較した利点

ギャップレス構造: 直列スパーク ギャップを排除し、ナノ秒レベルの応答速度を特徴とし、フォロー電流がなく、ギャップの故障や経年劣化のリスクがないため、より高い信頼性を実現します。

優れた非直線性-: ZnO 抵抗器の非線形係数がはるかに高いため、リーク電流が低くなり、残留電圧がより正確に制御され、保護性能が向上します。

複合ハウジング: 従来の磁器ハウジングに代わるもので、耐汚染性、耐破壊性、軽量という利点があり、送電線への吊り下げ設置に適しています。

5. 主要な設計コンセプトの概要