SF6 Tabanlı Tank Kesici Anahtarlarda Kısmi Deşarj Tespit Teknolojisi ve Analiz Yöntemi Üzerine Araştırma

Zemin montajlı tank tipi devre kesicisi, alt istasyonlar ve güç sistemlerinde kritik bir kontrol ve koruma cihazıdır. Genellikle hatlarda normal yük akımlarını kesme, kapama ve taşıma amacıyla kullanılır ve sistem hataları sırasında kısa devre akımlarını keser. Kesme elemanları, yalıtım tüpleri, tüp tipi akım transformatörleri, kemer söndürme odaları, çalışma mekanizmaları ve yerleştirmeli kasalar gibi bileşenlerden oluşur. Zemin montajlı tank tipi devre kesicisinin kemer söndürme odası, yerleştirilmiş metal bir kasada bulunur.

SF₆, tank tipi devre kesiciler için hem yalıtım hem de kemer söndürme ortamı olarak hizmet eder. Düzgün elektrik alanında, yalıtım gücü havanın yaklaşık üç katıdır ve kemer söndürme kapasitesi havanın yaklaşık 100 katıdır. Bu nedenle, SF₆ devre kesicileri kompakt yapı ve küçük alana sahiptir. Ayrıca, zemin montajlı tank tipi devre kesiciler, düşük ekipman ağırlık merkezi, sabit yapı, iyi sismik performans, dahili akım transformatörleri, güçlü toz direnci ve kolay bakım gibi avantajları sunar.

Ancak, tank tipi devre kesicilerin üretim, montaj, taşınma ve işletim süreçlerinde, kötü işleme, çarpışmalar, darbeler ve anahtarlamalar gibi faktörler nedeniyle yalıtım defektleri oluşabilir. Tipik yalıtım defektleri, iletkenler veya kasalar üzerindeki çıkıntı yapan metal nesneler, serbest yüzen elektrotlar ve serbest metal parçacıklarıdır. Yalıtım defektinde yoğunlaşan elektrik alan şiddeti, deneme gerilimi veya nominal gerilim altında bölgenin bozulma alanı gücünü ulaştığında, kısmi salınım (PD) gerçekleşir. Kısmi salınım, devre kesicilerde yalıtım degradasyonunun başlıca nedeni ve yalıtım arızalarının öncüsüdür. Bu nedenle, kısmi salınım sinyallerinin çevrimiçi izlenmesi, bir arızadan önce yalıtım defektlerini tespit etmek için hayati öneme sahip bir yöntemdir, bu da zemin montajlı tank tipi devre kesicilerin ve güç sisteminin güvenli ve istikrarlı çalışmasını sağlamak için önemlidir.

Devre kesiciler için kısmi salınımı tespit etmenin ana yöntemleri, pulsed current yöntemi, ultrasonik yöntem (AE), geçici yer gerilimi yöntemi (TEV) ve ultra yüksek frekans yöntemi (UHF) [2 - 3] 'dir. Bu makale, deneysel ve saha deneyimlerine dayanarak, SF₆ zemin montajlı tank tipi devre kesicileri için çeşitli kısmi salınım tespit ve analiz tekniklerini gözden geçirir ve her yöntemin özelliklerini özetler.

Pulsed Current Yöntemi

Kısmi salınım olduğunda, yük hareketi pulsed current oluşturur, bu pulsed current test devresine bağlı bir kopuplaj cihazı veya akım sensörü ile tespit edilebilir. Pulsed current yöntemi, IEC 60270 ve ilgili standartlarda kısmi salınımın nicelendirilmesi için belirtilen tek yöntemdir. Diğer yöntemler çoğunlukla kısmi salınımın tespiti veya konumlandırma için kullanılır. Pulsed current yöntemi yüksek hassasiyeti ile övünse de, saha elektromanyetik gürültüsüne karşı çok duyarlıdır. Bu nedenle, tespit edilen sinyallerden zayıf salınım sinyallerini ayıklamak gerekir. Kısmi salınımın büyüklüğünü temsil eden fiziksel miktar, görünür yük q 'dur, bu değer aşağıdaki formül ile elde edilebilir.

Formülde, i(t ) kısmi salınımın pulsed current'ını, Um(t) pulsed voltage'ü, Rm tespit impedans değerini, ve q görünür yükü (pC (picocoulomb) biriminde) temsil eder.

Akım sensörlerine dayalı pulsed current yöntemi, çevrimiçi kısmi salınım tespiti için uygundur. Yüksek frekanslı akım sensörleri genellikle 16 kHz ila 30 MHz arasında çalışır ve klem yapısıyla tasarlanmıştır, bu sayede zemin montajlı tank tipi devre kesicilerin yerleştirilmeye uygun olan yerleştirilmiş ucuna kolaylıkla monte edilebilir.

Ultrasonik Yöntem

Kısmi salınım, moleküller arasındaki şiddetli çarpışmalara neden olur ve devre kesicide yayılan ultrasonik dalgalar oluşturur. Devre kesici kasasına monte edilmiş ultrasonik sensörler, kısmi salınım sinyallerini tespit edebilir. Ultrasonik sensörlerin içindeki piezoelektrik elemanlar, kısmi salınımdan kaynaklanan ultrasonik sinyalleri voltaj sinyallerine dönüştürür, bunlar daha sonra tespit devresine iletilir. Ultrasonik yöntemin tespit devresi, genellikle ultrasonik sinyalleri güç kaynağı sinyallerinden ayırmak için kullanılan bir decoupler, sinyal amplifikatörü ve filtre içermektedir.

Zemin montajlı tank tipi devre kesicilerdeki kısmi salınımdan kaynaklanan ultrasonik dalgaların zaman ve frekans domenindeki sinyalleri Şekil 2'de gösterilmiştir, frekans aralığı genellikle 50 ila 250 kHz arasında dağılmıştır. Ultrasonik yöntem, düşük maliyet, kolay kurulum, güçlü elektromanyetik gürültüye karşı direnç ve kısmi salınımın konumlandırılmasındaki uygunluğu gibi avantajlar sunar. Ancak, devre kesicilerin iç yalıtım yapısı karmaşıktır ve ultrasonik dalgalar SF₆ gazında yavaş seyahat eder ve önemli ölçüde zayıflar, bu nedenle optimal tespit pozisyonunun belirlenmesi gerekmektedir.

Ultra Yüksek Frekans (UHF) Yöntemi

Kısmi salınımdan kaynaklanan akım pulslarının yükseltme süresi ve süresi nanosaniye ölçeğindedir, bu pulslar 300 MHz ila 3 GHz ultra yüksek frekans aralığında eşdeğer frekanslardaki elektromanyetik dalgaları uyarır. Şu anda, piyasadaki çoğu UHF sensörünün tespit edilen frekans aralığı 300 MHz ila 1.5 GHz arasındadır. Sinyallerin zayıf ve yüksek frekanslı doğası nedeniyle, UHF yöntemi, giriş sinyallerini filtre devreleri, amplifikatör devreleri ve entegrasyon devreleri aracılığıyla şartlandırarak, veri alma kartına iletim öncesinde sonraki analiz için hazırlar.

Aynı zamanda, UHF yöntemi kullanırken, yazılım ve donanım açısından iletişim sinyalleri ve aydınlatma güç kaynağı sinyalleri gibi gürültüleri ortadan kaldırmak gerekir. UHF yöntemi, yüksek hassasiyet, güçlü gürültüye karşı direnç ve kısmi salınımın konumlandırılmasında kullanılabilirlik gibi özelliklere sahiptir. Serbest potansiyeldeki kısmi salınımdan kaynaklanan UHF sinyallerinin faz çözünürlüklü kısmi salınım (PRPD) deseni, Şekil 3'te gösterilmiştir, burada salınım amplitudunu, fazını ve oluşum sayısını içeren bilgiler bulunmaktadır.

Geçici Yer Gerilimi (TEV) Yöntemi

Kısmi salınımdan kaynaklanan elektromanyetik dalgalar, zemin montajlı tank tipi devre kesicinin metal kasasına ulaştığında, kasada bir indüklenmiş akım oluşur, bu da yerleştirilmiş vücutun dalga impedansı üzerinden geçici bir yer gerilimi oluşturur. TEV sensörünün çalışma prensibi, kapasitif gerilim bölücüne benzerdir. Sensör elektrotu ile yalıtım tabakası arasındaki eşdeğer kondansatördeki gerilimi tespit ederek, kısmi salınımın oluşup oluşmadığını belirler. Bir SF₆ devre kesicinin içindeki kısmi salınımdan kaynaklanan geçici yer gerilimi sinyalleri, Şekil 4'te gösterilmiştir, ana frekans aralığı 1 - 100 MHz arasındadır. TEV yöntemi, kullanımı kolaydır ve ek bir tespit devresine ihtiyaç duymaz.

Kısmi Salınım Analiz Yöntemleri

Kısmi salınım analiz yöntemleri, salınım risk düzeyini değerlendirmek, sinyalleri gürültüsünden arındırmak ve hat tipi sınıflandırması için salınım karakteristiklerini çıkarmak için kullanılır. Bu yöntemler, pulsed waveform yöntemi, faz çözünürlüklü kısmi salınım (PRPD) deseni yöntemi, üç faz amplitüd ilişkisi deseni yöntemi, zaman-frekans deseni yöntemi ve zaman bazlı istatistiksel özellik yöntemi gibi yöntemleri içerir.

Pulsed waveform yöntemi, bir salınım dalga formunu, yükseltme süresi, düşüş süresi, pulsed genişliği, basıklık ve çarpıklık gibi parametrelere dayanarak analiz eder. PRPD deseni yöntemi, AC güç frekans gerilimi altında kısmi salınım sinyallerini biriktirerek, salınımın faz, amplitüd ve oluşum sayısı dağılım özelliklerini elde eder. Bu nedenle, aynı zamanda \(\varphi -q -n\) deseni yöntemi olarak da bilinir. Üç faz amplitüd ilişkisi deseni yöntemi, üç fazlı AC gerilim altında kısmi salınımı analiz etmek için kullanılır.

Farklı faz gerilimleri altında birleşik bir salınım sinyalinin salınım amplitüdlerini toplayarak, salınım dağılım özelliklerini elde eder. Zaman-frekans deseni yöntemi, salınım pulslarını toplar, onların eşdeğer zamanını ve eşdeğer frekansını hesaplar ve salınım dağılım desenini eşdeğer zaman-eşdeğer frekans alanında çizdirir. Zaman bazlı istatistiksel özellik yöntemi, yüksek gerilimli doğrudan akım altında kısmi salınımı analiz etmek için uygundur. Salınım miktarının büyüklüğüne ve salınım pulsları arasındaki zaman farkına dayanarak, salınım dağılım özelliklerini istatistiksel olarak analiz eder.

SF₆ zemin montajlı tank tipi devre kesicilerin içindeki kısmi salınımın konumlandırılmasında, mutlak zaman farkı yöntemi veya göreli zaman farkı yöntemi kullanılabilir. Mutlak zaman farkı yöntemi, salınım akım pulsu sinyali veya ultra yüksek frekans (UHF) sinyali olarak salınımın başlangıç zamanını kullanır. Ultrasonik sinyal ile salınım başlangıç sinyali arasındaki zaman farkını hesaplayarak, salınım kaynağını belirler. Göreli zaman farkı yöntemi, devre kesici kasasının farklı konumlara monte edilmiş birden fazla ultrasonik sensörü kullanır. Her ultrasonik sinyal ile referans ultrasonik sinyal arasındaki zaman farkını hesaplayarak, yalıtım defektlerinin konumunu belirler.

Sonuç

Çevrimiçi kısmi salınım izleme, bir arızadan önce SF₆ zemin montajlı tank tipi devre kesicilerin yalıtım performansını etkili bir şekilde değerlendirebilir ve güvenli ve istikrarlı işlemlerini sağlamak için önemli bir yoldur. Bu makale, deneysel ve saha deneyimlerini birleştirerek, zemin montajlı tank tipi devre kesicilerdeki kısmi salınımın tespit ve analiz yöntemlerini gözden geçirir.

Saha uygulamalarında, çevrimiçi izlemenin doğruluğunu ve güvenilirliğini artırmak için birden fazla tespit yöntemi ve analiz yöntemi kullanılmalıdır. Aynı zamanda, evrensel güç interneti şeyleri inşasının gereksinimlerine uygun olarak, kablosuz pasif algılama, düşük güç tüketimli kablosuz iletişim ağları, kenar hesaplama ve büyük veri gibi kilit teknolojilerin uygulanması, zemin montajlı tank tipi devre kesicilerde kısmi salınım tespitinin gelecekteki gelişim trendidir.