Prozkoumávání návrhu a aplikace fotoelektrických proudových transformátorů v GIS

1. Návrh a příklad použití fotoelektrického proudu transformátoru v GIS

Tento článek se zabývá konkrétním příkladem projektu GIS o napětí 126 kV a hluboce zkoumá nápady pro návrh a praktické použití fotoelektrických proudu transformátorů v systému GIS. Od oficiálního zprovoznění tohoto projektu GIS zůstal elektrický systém stabilní, nevznikly žádné významné poruchy a stav provozu je poměrně ideální.

1.1 Nápady pro návrh a použití fotoelektrického proudu transformátoru

V počáteční fázi projektu tým projektu GIS vedl intenzivní diskuse o rozvržení fotoelektrického proudu transformátoru. Hlavní kontroverze se soustředila na otázku, zda by měl být umístěn ve sférovém šestifluoridu uhličitém SF₆ nebo v běžném vzdušném prostředí.

Variant 1: Umístění ve sférovém šestifluoridu uhličitém

Pokud by byla tato varianta zvolena, fotoelektrický proud transformátor by byl vysokotlakém prostředí sférového šestifluoridu uhličitého, a elektrické spojení mezi ním a řídící místností by muselo být zajištěno optickými vlákny. Vysokotlaké prostředí sférového šestifluoridu uhličitého však značně komplikuje vedení optických vláken do řídící skříně. Pokud by se optická vlákna měla stát konektory podobnými kabelům, bylo by nutné použít profesionální technologii bezšvové svařování; avšak svařovací proces by nejen rušil přenos optických signálů, ale i vytvořená vodičová cesta by mohla ovlivnit elektrickou izolační vlastnost transformátoru, což představuje mnoho nepříznivých faktorů.

Variant 2: Umístění ve vzdušném prostředí

Tato varianta nemusí brát v úvahu dopady vysokého tlaku, takže neexistují obavy související se svařováním. Je však třeba se zaměřit na to, jak zajišťovat uzavřenost transformátoru a jak ovlivňují vírové proudy přesnost měření a další možné dopady, které mohou nastat.

Po důkladné analýze a srovnání tým projektu GIS nakonec zvolil variantu 2. Tato varianta bere jako hlavní zájem bezpečnost, spolehlivost a stabilitu provozu systému a plně zohledňuje proveditelnost při realizaci varianty.

2. Řešení problémů varianty
Konstrukční návrh a spojení

Srovnáním a analýzou konstrukční struktury fotoelektrického proudu transformátoru s tradičním elektromagnetickým proudu transformátorem bylo rozhodnuto umístit fotoelektrický proud transformátor do vzdušného prostředí a provést následující návrh:

Vyrobit adaptovanou velkou flétnu, umístit fotoelektrický proud transformátor uvnitř flétny a vyvést optické vlákno ze strany flétny. Tímto způsobem je spojnice mezi optickým vláknem a fotoelektrickým proudu transformátorem umístěna uvnitř transformátoru a tato oblast sousedí s velkými flétnami jiných vnějších transformátorů, a fotoelektrický proud transformátor je od šestifluoridu uhličitého oddělen kovem.

Během provozu transformátoru se vytvářejí vírové proudy, které ruší přesnost měření a napětí fotoelektrického proudu transformátoru. Pro řešení tohoto problému bylo použito elektrostatické nanášení na kovové plochy dvou velkých fléten, aby byl blokován okruh vírových proudů a zajištěna uzavřenost šestifluoridu uhličitého.

Simulace a ověření elektrického pole

Díky použití flétnové struktury v návrhu se změní distribuce elektrického pole fotoelektrického proudu transformátoru. Pro ověření efektivity varianty je třeba použít zralé simulační výpočetní nástroje (např. software ANSYS) k provedení testovacích a analytických prací. Pomocí ANSYS byly provedeny pokusy s elektrickým polem na kovových kroužcích a vodičích obou fléten. Použitý bleskový impulsní proud byl 150 kV. Přesnou analýzou softwaru ANSYS bylo zjištěno, že největší intenzita pole je na okrajových částech flétny a ochranného krytu a maximální hodnota dosahovala 20 kV/mm. Tento výsledek prošel testováním a přijetím po hlubokém výzkumu a vědeckých a přesných simulačních výpočtech týmem projektu.

V současnosti tento projekt dlouhodobě stabilně funguje a dosahuje dobrých výsledků. V Číně byly v oblasti výzkumu fotoelektrických proudu transformátorů již dosaženy určité úspěchy. Nicméně v aplikacích s vysokými napětím stále existují problémy, jako je snížení vlivu dvojčetnosti způsobené napětím a teplotou, zajištění dlouhodobé stability systému a dále zlepšení přesnosti měření, které je třeba vyřešit v budoucnu.

3. Závěr

Diskusí o celém procesu od výběru varianty, implementace až po řešení problémů fotoelektrického proudu transformátoru v systému GIS lze vidět, že byly v oblasti návrhu a použití GIS dosaženy významné výsledky. Oproti tradičnímu elektromagnetickému proudu transformátoru má fotoelektrický proud transformátor zřetelné výhody a jeho oblast použití se postupně rozšiřuje. Mnoho výrobců a uživatelů ho již používá. Je možné předpokládat, že v blízké budoucnosti fotoelektrický proud transformátor úplně nahradí elektromagnetický proud transformátor a s neustálým rozvojem a zralostí technologie přispěje k většímu pokroku v technologii transformátorů.