Ühiskondlikult vastutava gaasi ringliinüksuste lõhnemise ja katkemise omaduste uurimine

Öökitaskohased ringmainitsüsteemid (RMU) on olulised elektrisüsteemide võrgustikuvahendid, mille iseloomustavad rohelised, keskkonnasõbralikud ja kõrge usaldusväärsusega omadused. Töö käigus moodustuva ja katkestava lõhke omadused mõjutavad oluliselt öökitaskohaste RMU-de turvalisust. Seetõttu on nende aspektide sügavdumeelne uurimine väga tähtis, et tagada energiasüsteemide ohutu ja stabiilne töö. Selle artikli eesmärk on uurida öökitaskohaste RMU-de lõhkede moodustumise ja katkestamise omadusi eksperimentaarsete testide ja andmeanalüüsi kaudu, uurides nende muster ja tunnused, sellega pakkudes teoreetilist toetust ja tehnilist juhendit selliste seadmete arendamiseks.

1. Öökitaskohaste gaasiga eraldatud ringmainitsüsteemide lõhke moodustumise omaduste uurimine

1.1 Põhitõed ja mõjutajad öökitaskohaste gaaside osas

Öökitaskohased gaasid viitavad gaasidele, mis ei tühistaks ozonkihti. Levinud näited hõlmavad lämmiku (N₂), kuivitatud ja õhukäsitlenud õhu ning spetsiaalselt koostatud uusi gaase. Öökitaskohased gaasiga eraldatud RMU-d pakuvad võrdlemisi keskkonnasõbralikkust, ohutust ja usaldusväärsust, mistõttu neid laialdaselt kasutatakse energiasüsteemides. Nende lõhke moodustumise omaduste uurimiseks on vaja mõista öökitaskohaste gaaside põhitõe ja mõjutajaid. 

Füüsikalised ja keemilised omadused, molekulstruktuur, temperatuur, rõhk, niiskus ja muud tegurid mõjutavad nende gaaside eraldusomadusi ja lõhke moodustumist, mida tuleb eksperimendil põhinevalt uurida. Lisaks tuleb lahendada praktilisi väljakutseid, nagu gaasi tarbimise maht ja taaskasutusvõime. Seetõttu on oluline sügavdumeelne uurimine öökitaskohaste gaaside põhitõe ja mõjutajate osas, et uurida lõhke moodustumise omadusi öökitaskohastes gaasiga eraldatud RMU-s..

1.2 Uurimismeetodid ja testijäreltoetus lõhke moodustumise omaduste uurimiseks

Lõhke moodustumise omaduste uurimisel on vaja standardiseeritud testmeetodit ja eksperimentaalset seadme paigutust. Testmeetodid hõlmavad tavaliselt lõhketundlike elektrooniliste testide ja keemiliste analüüside. Testijäreltoetus peab tagama repeatabelsuse, täpsuse ja ohutuse, tavaliselt sisaldades kõrgerõhkade allikat, lõhkesektori, mõõteinstrumende ja andmekogumissüsteemi. Lõhkesektor on kriitiline komponent, mis simuleerib tõelist lõhke moodustumist öökitaskohases gaasiga eraldatud RMU-s. Lõhke omaduste efektiivse uurimiseks tuleb seadme paigutus pakkuda sobivaid voltmehi ja strököme, lubades parameetrite, nagu lõhke voltmehi, strököme, kestuse ja ületoodete reaalajas salvestamise. Vastavatel ohutusmeetmetel tuleb ka tagada ohutus testide käigus.

1.3 Lõhke ströömi, voltmehi ja kestuse testimine ja analüüsimine
Lõhke omaduste uurimisel on lõhke strööm, voltmehi ja kestus olulised parameetrid. Lõhke ströömi mõistlikkus viitab ströömi suurusele, mis lõhkesektori läbib; lõhke voltmehi on potentsiaalne jõud lõhkesektori kaudu; ja lõhke kestus on aja intervall lõhke algusest lõpuni. Nende parameetrite mõõtmiseks on vaja spetsialiseeritud instrumente, nagu kõrgerõhka generaatorid, strööketransformatorid, voltmehitransformatorid ja digitaalsed oscilloskoopid. Eksperimentaalsete testide ja andmekogumine öökitaskohastes gaasiga eraldatud RMU-s, järgnev andmeanalüüsi, aitab avastada trende ja seoseid, süvenedes lõhke moodustumise omaduste mõistmiseks ja pakkudes põhianalüüsi edasiseks uurimiseks.

1.4 Lõhke ületoodete analüüsimine lõhkes
Lõhkening öökitaskohastes gaasiga eraldatud RMU-s tekivad mitmed ületooded, nagu oksiidid, fluoriidid, kloriidid ja suitsu, mis võivad põhjustada kahju keskkonnale ja inimeste tervisele. Praegu kasutatakse lõhke ületoodete analüüsimiseks kaks põhilist meetodit: eksperimentaalne analüüsimine ja numbriline simulatsioon. Eksperimentaalne analüüsimine hõlmab lõhkeningut laboratooriumis, ületoodete näidismuurimist ja keemilist analüüsi, et määrata nende liikide ja kontsentratsioonide distributsioone. Numbriline simulatsioon kasutab arvutuslikke malle, et ennustada ületoodete distributsioone ja reaktsioonitekkeid. 

Eksperimentaalses analüüsis kasutatakse analüüsilugude, massspektrometri ja elektronmiikroskoopi. Numbrilises simulatsioonis kasutatakse meetodeid, nagu elementide lõikeanalüüs ja CFD (arvutuslik vedelike dünaamika), et modelleerida ületoodete distributsioone ja keemilisi reaktsioonimehhanisme lõhkeningul. Ületoodete analüüsi tulemused aitavad paremini mõista keemilisi reaktsioone ja energia ümberkujunemist lõhkeningul, pakkudes teoreetilist ja tehnilist toetust öökitaskohaste gaasiga eraldatud RMU-de disainimiseks ja rakendamiseks, samuti andmesid keskkonna jälgimiseks ja personali ohutuseks.

2. Öökitaskohaste gaasiga eraldatud ringmainitsüsteemide katkestamise omaduste uurimine

2.1 Põhitõed ja mõjutajad katkestamise fenomenide osas
2.1.1 Katkestamise testimismeetodid
Katkestamise testimine on kriitiline samm öökitaskohaste gaasiga eraldatud RMU-de. katkestamise omaduste uurimisel. See hõlmab tavaliselt konventsioonilisi eksperimentaalseid meetodeid või numbrilist simulatsiooni. Konventsioonilised meetodid hõlmavad katkestamise testimise platvormi ehitamist ja testitingimuste (nt ströömi, voltmehi) muutmist, et jälgida katkestamise käitumist ja koguda eksperimentaalseid andmeid. Numbriline simulatsioon kasutab arvutuslikke modeleid, et simulida füüsikafenomene katkestamisel, võimaldades kiirelt luua suuri andmebaase ja ennustada katkestamise jõudlust.

2.1.2 Testi seadistus
Peaksüsteemi uurimiseks tuleb disainida ja ehitada spetsiaalne katsepaigutus. See paigutus sisaldab kõrgepingeenergiaallikat, lüliti ja mõõtevahendeid. Kõrgepingeenergiaallikas toidab lülitit, mis teostab tegeliku katkestamisoperatsiooni, samas kui vahendid mõõdavad ja salvestavad katkestamisparameetreid.

2.1.3 Katkestamisparameetrite testimine ja analüüs
Katkestamisomaduste uurimine nõuab parameetrite, nagu vool, pinge ja aeg, testimist ja analüüsimist katkestamisperioodil. Need parameetrid on olulised näitajad katkestamisjõudluse hindamisel. Vool ja pinge kirjeldavad elektrilist käitumist katkestamisperioodil, samas kui aeg väljendab ajalist dünaamikat. Nende parameetrite analüüs andestab kriitilisi informatsiooni, nagu katkestamisvoogude ja -pingete muutumise suunad, katkestamise kestus ja üldine jõudlus.

2.2 Uurimismeetodid ja testi seadistus katkestamisomaduste jaoks
Tavapärased meetodid keskkonnasõbralike gaasi-isolatsiooniga RMU-de katkestamisomaduste uurimiseks hõlmavad tavapärastest katkestamiskatseid ja täiustatud numbrilisi simulatsioone. Tavapärased katsehoidjad sisaldavad lülitite ja laadimisseadmete paigutamist katsepaigutuses, energiakätte alluvate parameetrite (pinge, vool jne) muutmist, katkestamisperioodi ajutiste protsesside jälgimist ning parameetrite, nagu vool, pinge ja aeg, salvestamist andmetöötluseks ja analüüsimiseks. 

Numbrilised simulatsioonid võrreldes tavapäraste katsetega pakuvad täpsemat mudelit katkestamisomaduste kirjeldamiseks. Arvutisimulatsioonide ja modelleerimismeetodite abil lahendatakse peamisi füüsikavälju, nagu elektriväli, magnetväli, temperatuuriväli ja liikumisväli, katkestamisperioodil, arvestades mitmeid tegureid, sealhulgas voolu, pinget, elektroodide vahet, ja ümbritsevat temperatuuri. Lisaks võimaldavad numbrilised simulatsioonid RMU disaini optimiseerimist materjalide omaduste ja geomeetriliste konfiguratsioonide kaudu.
Katsepaigutuse jaoks saavad kõrgepinge DC energiaallikad ja kõrgevoolulised kondensaatoride lahtilaskemehhanismid tagada vajaliku kõrgepinge- ja kõrgevoolutingimused. Kiire andmekogumissüsteemid ja andmerekorid kasutatakse katkestamisparameetrite täpseks kogumiseks. Selleks, et tagada korduvus ja täpsus, tuleb katsepaigutust kalibreerida ja valideerida.

2.3 Katkestamisvoolu, -pinge ja -aja testimine ja analüüs
Katkestamisvoolu, -pinge ja -aja testimine ja analüüs on oluline osa katkestamisomaduste uurimisest.
(1) Katse eesmärk: Mõista keskkonnasõbralike gaasi-isolatsiooniga RMU-de katkestamisomadusi, testimise ja analüüsi kaudu, hinnata nende jõudlust tegelikes töötingimustes ja pakkuda alust seadmete kasutamiseks ja parandamiseks.
(2) Katsevarustus: Digitaalsed ampermeetrid, pingetransformatooriga, aja mõõtmise vahendid, ostsilloskoopid ja andmekogumissüsteemid tagavad voolu, pinget ja aega katkestamisperioodil täpse mõõtmise.
(3) Katseprotseduurid:

• Katkestamisvoolu katse: Tehke katkestamine standardkatseoludes, salvestage vooluvead ja veenduge, et katsevarustus ja RMU oleksid õigesti ühendatud. Mõõdke voolumuutusi voolutransformatooriga ja digitaalsed ampermeetrid.

• Katkestamispinge katse: Samuti tehke katkestamine standardoludes, salvestage pingevead ja mõõdke pingemuutusi pingetransformatooriga ja digitaalsed voltmmeetrid.

• Katkestamisaeg katse: Kasutage aja mõõtmise vahendeid, et täpselt salvestada aja intervall algusest lõpuni katkestamisoperatsioonile.

• Ajutine protsessi katse: Kasutage ostsilloskoope ja andmekogumissüsteeme, et salvestada katkestamisperioodil ajutisi voolu- ja pingeveade analüüsimiseks.

(4) Andmete salvestamine ja analüüs: Salvestage vooluvead, pingevead, katkestamise aja andmed ja ajutised vead. Analüüsige, kas katkestamisvool vastab inseneri nõuetele, kas katkestamispinge vastab spetsifikatsioonidele ja kas katkestamisaeg rahuldab disaininõudeid. Hinnake ajutiste protsesside mõju varustuse jõudlusele ja stabiilsusele. Üksikasjalike katseprotseduuride kaudu tagatakse kõigi seotud tegurite üldine kaalumine, et tagada täpne andmekogumine ja sügav analüüs. Tulemused on näidatud tabelis 1.

Tabel 1: Voolu, pinge ja aja parameetrite testimine ja analüüs

Tabeli 1 analüüsi põhjal saab teha järgmised järeldused:

• Põhjustamise ströö ja voltagi vahel on mõningane seos; tavaliselt suureneb põhjustamise ströö, kui voltage kasvab.

• Põhjustamise aeg on seotud nii strööga kui ka voltaga; mida suurem on ströö ja voltage, seda lühem on põhjustamise aeg.

• Testimisel tuleks tähelepanelikult kontrollida põhjustamise perioodil olevat ströö- ja voltaga valikut, et vältida testitulemuste ebatäpsust, mis tekivad liiga suure või liiga väikeste väärtuste tõttu. Lisaks tuleks arvesse võtta ka muid mõjutavaid tegureid, nagu ümbritseva temperatuur ja niiskus.

2.4 Elektromagnetväli analüüs põhjustamise käigus
Elektromagnetväli analüüsi jaoks keskkonnasõbraliku gaasi-isoleeritud ringmainkastide põhjustamise käigus tuleb luua testseadistus, et teostada elektromagnetvälimõõtmeid ja analüüsi. Katses võib paigutada elektromagnetvälimõõtmise süsteemi, et testimine ja salvestamine elektromagnetvälja põhjustamise käigus, nagu näidatakse tabelis 2.

Tabel 2: Elektromagnetväli analüüs katkestamise käigus

Elektromagnetvälja variatsioonide analüüs katkestamise protsessi ajal tabeli 2 põhjal näitab, et katkestamise hetkel vool nihutab nullini ja vastavalt määratult väheneb ka magnetväli. Seejärel taastub magnetväli aeglaselt oma katkestamise eelse olekuni. Elektromagnetvälja analüüs võib anda olulisi viiteandmeid ökölogiliselt säästlike gaasipuhverdusega ringmainikute disainimiseks ja optimeerimiseks.

3.Kaari ja katkestamise omaduste uurimistulemuste analüüs
3.1 Parameetrite andmeanalüüs ja -töötlemine kaari ja katkestamise protsesside ajal
Kaari ja katkestamise testides mõõdistati eraldi parameetreid nagu vool, pingeline ja aeg, et analüüsida kaari ja katkestamise omadusi. Andmetöötlemisel kasutati statistilisi meetodeid, et arvutada igale parameetrile keskmine, standardhälve ja hajuvuskoefitsient.

① Kaaritestide andmed analüüsitakse ja töödeldakse. Kaarivoolu, pingete ja aegade keskmised väärtused olid vastavalt 8,5 kA, 4,2 kV ja 2,5 ms. Arvutati ka standardhälvemed ja hajuvuskoefitsiendid, et mõista andmete jaotust ja stabiilsust. Tulemused näitasid, et kaarivoolu standardhälve oli 0,8 kA ning hajuvuskoefitsient 9,4%; kaaripinge standardhälve oli 0,4 kV ning hajuvuskoefitsient 9,5%; ja kaariaega standardhälve oli 0,2 ms ning hajuvuskoefitsient 8,0%. See viitab, et kaaritestide andmed näitasid suhteliselt stabiilset jaoks ja kõrget tõenäosust.

② Katkestamistestide andmed analüüsitakse ja töödeldakse. Katkestamisvoolu, pingete ja aegade keskmised väärtused olid vastavalt 3,5 kA, 3,8 kV ja 3,0 ms. Samuti arvutati standardhälvemed ja hajuvuskoefitsiendid. Tulemused näitasid, et katkestamisvoolu standardhälve oli 0,5 kA ning hajuvuskoefitsient 14,3%; katkestamispinge standardhälve oli 0,3 kV ning hajuvuskoefitsient 7,9%; ja katkestamisaega standardhälve oli 0,1 ms ning hajuvuskoefitsient 4,4%. See viitab, et katkestamistestide andmed olid suhteliselt vähem stabiilsed ja tõenäosuslikud.

Eelnimetatud andmeanalüüsi põhjal saab järeldada, et kaaritestide andmete tõenäosus on kõrgem kui katkestamistestide andmete, võimalikult seoses keeruliste elektromagnetväljade osalus katkestamise protsessis, mis vajab lähemat uurimist. Lisaks saab kaari ja katkestamise omaduste vahelist suhet uurida edasi testide andmete põhjal.

3.2 Kaari ja katkestamise omaduste vahelise suhte analüüs
Analüüsides ja töötledes kaari ja katkestamise protsesside parameetreid, saab uurida kaari ja katkestamise omaduste vahelist suhet sügavamalt. Mõlemad, kaari ja katkestamise omadused, on ökölogiliselt säästlike gaasipuhverdusega ringmainikute olulised jõudluskriteeriumid, ja nende suhte mõistmine annab väärtuslikku juhendit disainimiseks ja optimeerimiseks.

Kaari ja katkestamise omaduste perspektiivist mõjutavad parameetrid nagu vool, pinge ja aeg neid protsesse erinevalt. Kaari korral on peamised parameetrid kaarivool ja kestus, samas mängib pinge ka rolli. Vastupidi, katkestamise korral on domineeriv parameeter katkestamisvool, samas mängivad aeg ja pinge ka rolli. Seega, kaari ja katkestamise omaduste vahelise suhte analüüsimisel tuleb eraldi arvestada nende vastavate peamiste parameetritega.

Andmeanalüüsid näitavad teatud korrelatsiooni kaari ja katkestamise omaduste vahel:

• Kaarivoolu ja pinge suurenemine viib suurema kaari toodete tekke ja suurema energiakulu kaari ajal, mille tulemusena suureneb katkestamise raskeus.

• Katkestamisvoolu suurenemine viib suurema kaarienergia tekke katkestamise ajal, mis samuti suurendab katkestamise raskust.

Lisaks näitab elektromagnetvälja analüüs kaari ja katkestamise ajal, et elektromagnetväljad mõjutavad mõlemat protsessi oluliselt. Kaari ajal piirab elektromagnetväljak kaari levikut. Katkestamise ajal genereerib elektromagnetväljak tagantoodava jõu, mis tõstab kaarti välja, mõjutades katkestamise jõudlust.

Need leidused näitavad, et kaari ja katkestamise omadused on seotud, mõjutatud nende peamiste tööparameetrite ja elektromagnetväljade mõjude poolt. Seega, ökölogiliselt säästlike gaasipuhverdusega ringmainikute disainimisel ja optimeerimisel tuleb ülevaatavalt arvestada kaari ja katkestamise omaduste vahelist suhet, ja disainid tuleb kohandada spetsiifiliste rakendussätetele, et saavutada parima jõudluse.

4.Järeldus

Ökölogiliselt säästlike gaasipuhverdusega ringmainikute kaari ja katkestamise omaduste uurimise kaudu saab järeldada, et need omadused erinevad oluliselt traditsiooniliste SF₆-gaasipuhverdusega ringmainikute omadustest. Ökölogiliselt säästlikud RMU-d asetavad rangemaid nõudmisi parameetritele nagu vool, pinge ja aeg, mille tulemusena on vaja täpsemat disainimist ja optimeerimist. Lisaks erineb elektromagnetvälja jaotus kaari ja katkestamise ajal: kaari ajal on elektromagnetväljak tihedam ja intensiivsem, samas kui katkestamise ajal on see ühtlane.

Kuna ökölogiliselt säästlike gaasipuhverdusega ringmainikute rakendamine jätkub, võib tulevane uurimine keskenduda järgmistele valdkondadele:

• Ökölogiliselt säästlike RMU-de disaini optimeerimine simulatsioonanalüüsi abil.

• Kaari ja katkestamise omaduste uurimine erinevatel töötingimustel.

• Uute ökölogiliselt säästlike gaaside rakenduspotentsiaali uurimine puhverdusega ringmainikutes.

Kokkuvõttes on need uurimistulemused suure tähtsusega ökölogiliselt sõbralike gaasiga eraldatud ringliinide arendamise ja optimeerimise edendamisel.