উচ্চ তাপমাত্রার শর্তাবলীতে পাওয়ার ক্যাপাসিটরের পারফরম্যান্স হ্রাস বৈশিষ্ট্য এবং জীবনকাল পূর্বাভাস
উচ্চ তাপমাত্রার অবস্থায় পাওয়ার ক্যাপাসিটরের পারফরম্যান্স হ্রাস বৈশিষ্ট্য এবং জীবনকাল পূর্বাভাস
পাওয়ার সিস্টেমের ধারাবাহিক প্রসার এবং বৃদ্ধি প্রতিদিনের চাহিদার ফলে ইলেকট্রিক উপকরণের পরিচালনা পরিবেশ আরও জটিল হয়ে উঠেছে। পরিবেশগত তাপমাত্রার বৃদ্ধি পাওয়ার ক্যাপাসিটরের নির্ভরযোগ্য পরিচালনার একটি গুরুত্বপূর্ণ ফ্যাক্টর হয়ে উঠেছে। পাওয়ার ট্রান্সমিশন এবং ডিস্ট্রিবিউশন সিস্টেমের মধ্যে গুরুত্বপূর্ণ উপাদান হিসাবে, পাওয়ার ক্যাপাসিটরের পারফরম্যান্স হ্রাস সরাসরি গ্রিডের নিরাপত্তা এবং স্থিতিশীলতার উপর প্রভাব ফেলে। উচ্চ তাপমাত্রার অবস্থায়, ক্যাপাসিটরের মধ্যে ডাইইলেকট্রিক উপাদানগুলি দ্রুত বয়স্ক হয়, যা বৈদ্যুতিক পারফরম্যান্সে বিশেষ হ্রাস, পরিষেবা জীবনকাল ছোট করে, এবং সিস্টেম ব্যর্থতা ঘটায়।
১. পারফরম্যান্স হ্রাস বৈশিষ্ট্যের গবেষণা
১.১ পরীক্ষামূলক সেটআপ
১০ কেভি রেটেড ভোল্টেজ এবং ১০০ কিভার ক্ষমতার সমান্তরাল পাওয়ার ক্যাপাসিটর পরীক্ষার নমুনা হিসাবে নির্বাচিত হয়েছিল, যা GB/T 11024.1—2019, Shunt capacitors for a.c. power systems with a rated voltage above 1000 V – Part 1: General এর দরকার পূরণ করে। পরীক্ষামূলক সিস্টেমে OMICRON CP TD1 capacitance tester এবং ME632 dielectric loss analyzer অন্তর্ভুক্ত ছিল, তাপমাত্রা KSP-015 high-temperature aging chamber দ্বারা নিয়ন্ত্রিত ছিল। ৭০ °C, ৮৫ °C, এবং ১০০ °C তিনটি তাপমাত্রা স্তর সেট করা হয়েছিল, প্রতিটি স্তরে পাঁচটি নমুনা পরীক্ষা করা হয়েছিল। পরীক্ষা প্রক্রিয়া IEC 60871-2 অনুসরণ করে, প্রকৃত পরিচালনা অবস্থা সিমুলেট করার জন্য পুরো বয়স্ক কালে রেটেড ভোল্টেজ প্রয়োগ করা হয়েছিল।
১.২ ডাইইলেকট্রিক লস হ্রাস আচরণ
উচ্চ তাপমাত্রায়, ডাইইলেকট্রিক লস (tanδ) প্রত্যক্ষ তাপমাত্রা নির্ভরতা প্রদর্শন করেছে। ৭০ °C তাপমাত্রায়, tan&δ; সময়ের সাথে ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পেয়েছে, প্রচলিত সীমার মধ্যে থাকে, যা স্থিতিশীল ইনসুলেশন পারফরম্যান্স প্রদর্শন করে। ৮৫ °C তাপমাত্রায়, বৃদ্ধির হার ত্বরান্বিত হয়, বক্ররেখার ঢাল বেশি হয়; পরবর্তী পর্যায়ে কিছু নমুনা স্ট্যান্ডার্ড সীমা অতিক্রম করে। ১০০ °C তাপমাত্রায়, tan&δ; তীব্রভাবে বৃদ্ধি পেয়ে বক্ররেখা খুব ধারালো হয়, যা তাপমাত্রা বয়স্ক হওয়ার সাধারণ বৈশিষ্ট্য প্রদর্শন করে।
১.৩ ক্যাপাসিটেন্স পরিবর্তন বৈশিষ্ট্য
তাপমাত্রা বৃদ্ধি ক্যাপাসিটেন্স স্থিতিশীলতার উপর প্রভাব ফেলে, পর্যায় অনুসারে স্পষ্ট আচরণ প্রদর্শন করে। কম তাপমাত্রায়, ক্যাপাসিটেন্স পরিবর্তন প্রচলিত সীমার মধ্যে থাকে, যা ভালো স্থিতিশীলতা প্রদর্শন করে। মধ্যম তাপমাত্রার পরিসরে, ক্যাপাসিটেন্স স্পষ্টভাবে হ্রাস পায়, পরিবর্তন প্রচলিত সীমার কাছাকাছি পৌঁছে। উচ্চ তাপমাত্রায়, ক্যাপাসিটেন্স দ্রুত হ্রাস পায়, প্রচলিত পরিবর্তনের সীমা ছাড়িয়ে যায়, যা ত্বরান্বিত হ্রাস প্রদর্শন করে।
২. জীবনকাল পূর্বাভাস মডেল উন্নয়ন
২.১ পারফরম্যান্স হ্রাস ডেটা বিশ্লেষণ
অনুমোদিত তাপমাত্রার স্তরগুলির মধ্যে হ্রাসের হার তুলনা করে, তাপমাত্রা এবং ত্বরান্বিতকরণ ফ্যাক্টরের মধ্যে সম্পর্ক বিশ্লেষণ করা হয়েছে। ডাইইলেকট্রিক লস, ক্যাপাসিটেন্স পরিবর্তন, এবং ইনসুলেশন রেজিস্টেন্স সহ গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটারগুলির উপর ভিত্তি করে একটি সম্পূর্ণ ফেলচার ক্রিটেরিয়া প্রতিষ্ঠিত হয়েছে। ফলাফল দেখায় যে, উচ্চ তাপমাত্রায় পারফরম্যান্স হ্রাস ত্বরান্বিত হয়, ত্বরান্বিতকরণ ফ্যাক্টর তাপমাত্রার সাথে সূচকীয় সম্পর্ক প্রদর্শন করে। ডেটা ফিটিং থেকে একটি উচ্চ সংশ্লিষ্ট সহগ পাওয়া গেছে, যা শক্তিশালী পরিসংখ্যানিক গুরুত্ব নিশ্চিত করে। Arrhenius সমীকরণ ব্যবহৃত হয়েছে ত্বরান্বিতকরণ ফ্যাক্টর গণনা করার জন্য, পরীক্ষামূলকভাবে প্রাপ্ত সক্রিয় শক্তি এবং Boltzmann’s ধ্রুবক অন্তর্ভুক্ত করে, একটি কোয়ান্টাটাইভ তাপমাত্রা-ত্বরান্বিতকরণ সম্পর্ক প্রতিষ্ঠিত করে।
২.২ Arrhenius মডেলের প্রয়োগ
চিত্র ১ দেখায়, পরীক্ষামূলক ডেটা log-lifetime vs. inverse temperature (1/T) স্থানাঙ্ক পদ্ধতিতে ফিট করা হয়েছে, যা একটি শক্ত রৈখিক সংশ্লিষ্টতা প্রদর্শন করে। ফিটেড লাইনের ঢাল সক্রিয় শক্তি Ea (kJ/mol এ) প্রতিনিধিত্ব করে, যা বয়স্ক হওয়ার প্রক্রিয়ার শক্তি বাধা প্রতিনিধিত্ব করে, এবং তাত্ত্বিক প্রত্যাশার সাথে ভালোভাবে মিলে যায়। একটি উচ্চ সংশ্লিষ্ট সহগ পরীক্ষামূলক ডেটা এবং Arrhenius মডেলের মধ্যে উত্তম সামঞ্জস্য নিশ্চিত করে। ৯৫% আত্মবিশ্বাস ব্যবধান বিশ্লেষণ পরিস্থিতিগতভাবে বিশ্বস্ত পূর্বাভাস প্রদর্শন করে। পরীক্ষামূলক ফলাফল দেখায় যে, পরীক্ষিত তাপমাত্রার পরিসরে, পারফরম্যান্স হ্রাসের হার তাপমাত্রার সাথে সূচকীয়ভাবে সম্পর্কিত। বিভিন্ন তাপমাত্রার বিন্দুতে জীবনকালের ডেটা ভিত্তিতে একটি গাণিতিক মডেল প্রতিষ্ঠিত হয়েছে, যা তাপমাত্রা এবং পরিষেবা জীবনকালের মধ্যে সম্পর্ক প্রদর্শন করে।
২.৩ জীবনকাল পূর্বাভাস বাস্তবায়ন
জীবনকাল পূর্বাভাস ক্রমবর্ধমান ক্ষতি তত্ত্বের উপর ভিত্তি করে, যা বিভিন্ন তাপমাত্রার পরিস্থিতিতে ক্ষতির প্রভাব সুপারিম্পোজ করে। পূর্বাভাস পদ্ধতি উপকরণের বয়স্ক হওয়ার হার, পরিবেশগত তাপমাত্রার পরিবর্তন, এবং লোড পরিবর্তন সহ বিভিন্ন ফ্যাক্টর বিবেচনা করে। পরিচালনা চক্রটি n সময় ব্যবধানে বিভক্ত, প্রতিটি ব্যবধানে ক্ষতি পরিচালনা তাপমাত্রা এবং সময়ের উপর নির্ভর করে নির্ধারিত হয়। তাপমাত্রা ডেটা একটি অনলাইন মনিটরিং সিস্টেম দ্বারা ১ ঘন্টা স্যাম্পলিং ব্যবধানে সংগ্রহ করা হয় যাতে ডেটা অবিচ্ছিন্ন এবং নির্ভুল থাকে। পরিমাপ করা তাপমাত্রাগুলি Arrhenius সমীকরণে ইনপুট করা হয় প্রতিটি ব্যবধানের সমতুল্য পরিচালনা সময় গণনা করার জন্য। সমস্ত ব্যবধানে সংগ্রহিত ক্ষতি থেকে প্রেডিক্ট করা বাকি পরিষেবা জীবনকাল [৪] পাওয়া যায়। পূর্বাভাসের নির্ভুলতা ত্বরান্বিত বয়স্ক পরীক্ষার ফলাফল দিয়ে যাচাই করা হয়, মডেল গণনা এবং পরীক্ষামূলক ডেটা মধ্যে গড় বিচ্যুতি ±৮% মধ্যে রাখা হয়।
৩. প্রয়োগ এবং যাচাই
৩.১ পূর্বাভাসের নির্ভুলতা বিশ্লেষণ
পূর্বাভাস মডেলটি ত্বরান্বিত বয়স্ক পরীক্ষা এবং প্রকৃত পরিচালনা ডেটার একটি সম্মিলিত পদ্ধতিতে যাচাই করা হয়। বিভিন্ন পরিষেবা সময়ের বিভিন্ন ব্যাচের পাওয়ার ক্যাপাসিটর পারফরম্যান্স পরীক্ষা করার জন্য নির্বাচিত হয়, এবং ফলাফলগুলি মডেল পূর্বাভাসের সাথে তুলনা করা হয়। টেবিল ১-এ দেখা যায়, ৫ বছর পরিচালনা গ্রুপের জন্য, পরিমাপ করা গড় জীবনকাল ৪.৮ বছর এবং পূর্বাভাসিত মান ৫.২ বছর, যা ৭.৭% আপেক্ষিক ত্রুটি দেয়; ৮ বছর গ্রুপের জন্য, পরিমাপ করা মান ৭.৬ বছর এবং পূর্বাভাসিত মান ৮.৩ বছর, যা ৮.৪% আপেক্ষিক ত্রুটি দেয়; ১০ বছর গ্রুপের জন্য, পরিমাপ করা মান ৯.৫ বছর এবং পূর্বাভাসিত মান ১০.২ বছর, যা ৬.৯% আপেক্ষিক ত্রুটি দেয়। ত্রুটি উৎস বিশ্লেষণ দেখায় যে, পরিবেশগত তাপমাত্রার পরিবর্তন পূর্বাভাসের নির্ভুলতার প্রধান ফ্যাক্টর। যখন দৈনিক তাপমাত্রা পরিবর্তন ২০ °C ছাড়িয়ে যায়, তখন মডেল পূর্বাভাস ত্রুটি ১২% পর্যন্ত বৃদ্ধি পায়। পাশাপাশি, লোড পরিবর্তন দ্বারা তৈরি তাপমাত্রা পরিবর্তন পূর্বাভাস ত্রুটিকে ৪.২% পর্যন্ত বৃদ্ধি করে।
৩.২ প্রকৌশল প্রয়োগের পরামর্শ
টেবিল ২-এ দেখা যায়, যখন পরিবেশগত তাপমাত্রা ৭৫ °C এর নিচে রাখা হয়, তখন উপকরণের জীবনকাল হ্রাসের হার ৫৮% কমে যায়। প্রতিটি ৫ °C পর্যায়ে ইনস্টলেশন স্থানের তাপমাত্রা হ্রাস করলে, প্রত্যাশিত পরিষেবা জীবনকাল ১৮.৫% বৃদ্ধি পায়। ভেন্টিলেশন উন্নত করে পরীক্ষার স্থানের পরিবেশগত তাপমাত্রা গড়ে ৭.২ °C কমে গেলে, ক্যাপাসিটরের পারফরম্যান্স প্যারামিটারের স্থিতিশীলতা ৩২% বৃদ্ধি পায়। অনলাইন মনিটরিং সিস্টেম থেকে প্রাপ্ত তাপমাত্রা ডেটা দেখায় যে, বুদ্ধিমান ভেন্টিলেশন ব্যবহার করার পর, উপকরণের চারপাশের সর্বোচ্চ তাপমাত্রা ১১.৩ °C এবং গড় তাপমাত্রা ৮.৭ °C কমে গেছে। জীবনকাল পূর্বাভাস মডেলটি ৫০০ কেভি সাবস্টেশনে এক বছরের জন্য প্রয়োগ করা হয়েছিল, যা সফলভাবে ছয়টি সম্ভাব্য ব্যর্থতার জন্য পূর্বাভাস দিয়েছিল, প্রতিরোধমূলক রক্ষণাবেক্ষণের দক্ষতা ৪৩% বৃদ্ধি করেছিল। রক্ষণাবেক্ষণ ডেটা বিশ্লেষণ দেখায় যে, মডেল পূর্বাভাস ভিত্তিক রক্ষণাবেক্ষণ এবং প্রতিস্থাপন সিদ্ধান্ত ৮৭% নির্ভুলতা প্রদর্শন করেছে, যা ঐতিহ্যগত সময়-ভিত্তিক রক্ষণাবেক্ষণ থেকে ৩৫% বৃদ্ধি। মডেল-নির্দেশিত উপকরণ ব্যবস্থাপনা রক্ষণাবেক্ষণ খরচ ২৭% কমিয়েছে এবং উপকরণের উপলব্ধতা ১৫% বৃদ্ধি করেছে।
