استكشاف تصميم وتطبيق محولات التيار الضوئية في نظام المعلومات الجغرافية
1. تصميم ومثال تطبيقي لمحول التيار الضوئي في نظام الجغرافيا المعلوماتية
يستعرض هذا المقال مشروع نظام الجغرافيا المعلوماتية بجهد 126 كيلوفولت كمثال محدد لاستكشاف الأفكار التصميمية والتطبيق العملي لمحولات التيار الضوئية في نظام الجغرافيا المعلوماتية. منذ بدء تشغيل هذا المشروع رسميًا، ظل النظام الكهربائي مستقرًا ولم تحدث أي أعطال كبيرة، وحالة التشغيل نسبيًا مثالية.
1.1 أفكار التصميم والتطبيق لمحول التيار الضوئي
في مرحلة بداية المشروع، ناقشت فريق مشروع نظام الجغرافيا المعلوماتية بشكل مكثف خطة توزيع محول التيار الضوئي. ركز الخلاف الأساسي على: ما إذا كان يجب وضعه في بيئة غاز السلفون الهيكسيفلوريد SF6 أو في البيئة الهوائية التقليدية.
الخطة الأولى: وضعه في بيئة غاز السلفون الهيكسيفلوريد
إذا تم اعتماد هذه الخطة، سيكون محول التيار الضوئي في بيئة غاز السلفون الهيكسيفلوريد ذات الضغط العالي، وسيتعين الاعتماد على الألياف الضوئية للاتصال الكهربائي بينه وبين غرفة التحكم. ومع ذلك، فإن إدخال الألياف الضوئية إلى صندوق التحكم في البيئة ذات الضغط العالي من غاز السلفون الهيكسيفلوريد أمر صعب للغاية. إذا كان من الضروري جعل الألياف الضوئية على شكل مداخل مشابهة لشكل الكابلات، يجب استخدام تقنية اللحام المتواصل؛ ولكن عملية اللحام ستؤثر ليس فقط على نقل الإشارات الضوئية، بل أيضًا المسار الموصل الذي يتم تشكيله عن طريق اللحام قد يؤثر على أداء العزل الكهربائي لمحول التيار، مع العديد من العوامل غير المواتية.
الخطة الثانية: وضعه في البيئة الهوائية
لا تتطلب هذه الخطة النظر في تأثير الضغط العالي، وبالتالي لا توجد مخاوف مرتبطة باللحام. ومع ذلك، يجب التركيز على كيفية ضمان ضيق محول التيار، وكذلك تأثير الدوامات الكهربائية على دقة القياس وغيرها من التأثيرات المحتملة التي قد تحدث.
بعد التحليل والمقارنة الدقيقة، اختار فريق مشروع نظام الجغرافيا المعلوماتية في النهاية الخطة الثانية. تعطي هذه الخطة الأولوية لأمان وموثوقية واستقرار تشغيل النظام، وتأخذ في الاعتبار قابلية التنفيذ أثناء تنفيذ الخطة.
2. حل مشاكل الخطة
التصميم الهيكلي والاتصال
من خلال مقارنة وتحليل هيكل تصميم محول التيار الضوئي مع محول التيار الكهرومغناطيسي التقليدي، تم تحديد وضع محول التيار الضوئي في البيئة الهوائية، وإجراء الأعمال التصميمية التالية:
إنتاج فلانجة كبيرة متكيفة، وضع محول التيار الضوئي داخل الفلانجة، وإخراج الألياف الضوئية من جانب الفلانجة. بهذه الطريقة، يكون الجزء المتصل بالألياف الضوئية ومحول التيار الضوئي موجودًا داخل المحول، ويكون هذا المنطقة مجاورة للفلانجات الكبيرة للمحولات الخارجية الأخرى، ويتم عزل محول التيار الضوئي عن غاز السلفون الهيكسيفلوريد بواسطة المعدن.
نظرًا لأن الدوامات الكهربائية ستتكون أثناء تشغيل محول التيار، مما سيؤثر على دقة القياس وتوصيل محول التيار الضوئي. لحل هذه المشكلة، تم استخدام المعالجة بالتغليف الكهربائي للأسطح المعدنية للفلانجتين الكبيرتين، وذلك لمنع حلقة الدوامة وضمان ضيق غاز السلفون الهيكسيفلوريد.
محاكاة المجال الكهربائي والتحقق منها
بسبب استخدام بنية الفلانجة في التصميم، سيتم تغيير توزيع المجال الكهربائي لمحول التيار الضوئي. لتأكيد فعالية الخطة، من الضروري استخدام أدوات حساب محاكاة ناضجة (مثل برنامج ANSYS) لإجراء الاختبارات والتحليلات. استخدم ANSYS لإجراء تجارب قوة المجال على الحلقات المعدنية والموصلات للفلانجتين. تم استخدام جهد الصاعقة المستخدم في التجربة بقوة 150 كيلوفولت. من خلال التحليل الدقيق بواسطة برنامج ANSYS، توصلوا إلى أن قوة المجال في أطراف الفلانجة والغطاء الواقي كانت الأكبر، وكان القيمة القصوى تبلغ 20 كيلوفولت/ملليمتر. وقد تم تمرير هذا النتيجة بعد البحث العميق والحسابات المحاكاة العلمية والدقيقة من قبل فريق المشروع.
حالياً، يعمل هذا المشروع بشكل مستقر لفترة طويلة، والنتيجة جيدة. حاليًا، تم إحراز بعض الإنجازات في مجال بحوث محولات التيار الضوئية في الصين. ومع ذلك، في سيناريوهات التطبيق ذات المستويات العالية من الجهد، لا تزال هناك مشاكل مثل تقليل تأثير الانكسار الثنائي الناجم عن الضغط والحرارة، وضمان التشغيل المستقر طويل الأمد للنظام، وتحسين دقة القياس بشكل أكبر، والتي تحتاج إلى حل في المستقبل.
3. الخاتمة
من خلال مناقشة العملية بأكملها من اختيار الخطة إلى التنفيذ وحل المشكلات لمحول التيار الضوئي في نظام الجغرافيا المعلوماتية، يمكن رؤية أن نتائج ملحوظة تحققت في مجال تصميم وتطبيق نظام الجغرافيا المعلوماتية. مقارنة بمحول التيار الكهرومغناطيسي التقليدي، فإن محول التيار الضوئي لديه مزايا واضحة، ويصبح نطاق تطبيقه أوسع وأوسع. وقد اعتمد العديد من الشركات والمستخدمين عليه. ومن المتوقع أن يحل محول التيار الضوئي محل محول التيار الكهرومغناطيسي تمامًا في المستقبل القريب، وأن يساهم بشكل أكبر في تقدم تقنية المحولات مع الاستمرار في تطور ونضج التكنولوجيا.
