Ympäristöystävällisten kaasupussien rengasmaunuohjainyksiköiden kaarutus- ja keskeytysominaisuuksien tutkimus

Ympäristöystävälliset kaasulla eristetyt rengasmuodostimet (RMU) ovat tärkeitä sähköjakelulaitteita sähköjärjestelmissä, joilla on vihreät, ympäristöystävälliset ja korkean luotettavuuden ominaisuudet. Toiminnassa kaaren muodostumisen ja keskeyttämisen ominaisuudet vaikuttavat merkittävästi ympäristöystävällisten kaasulla eristettyjen RMU:n turvallisuuteen. Siksi näiden seikkojen syvällinen tutkimus on hyvin tärkeää sähköjärjestelmien turvalliselle ja vakaudelle toiminnalle. Tämä artikkeli pyrkii tutkimaan ympäristöystävällisten kaasulla eristettyjen RMU:n kaaren muodostumisen ja keskeyttämisen ominaisuuksia kokeellisella testauksella ja datan analysoinnilla, tutkiakseen niiden malleja ja ominaisuuksia, tavoitteena tarjota teoreettista tukea ja teknistä ohjausta tällaisten laitteiden tutkimukseen ja kehitykseen.

1.Ympäristöystävällisten kaasulla eristettyjen rengasmuodostimien kaaren muodostumisen ominaisuuksien tutkimus

1.1 Peruskäsitteet ja vaikutustekijät ympäristöystävällisissä kaasuissa

Ympäristöystävällisiä kaasuja kutsutaan kaasuiksi, jotka eivät vähennä ozonikerrosta. Yleisiä esimerkkejä ovat typi (N₂), kuiva pakattu ilma (öljy- ja kosteushenkilöidytetty) ja erikoisesti formuloitut uudet kaasut. Ympäristöystävälliset kaasulla eristetyt RMU:t tarjoavat etuja, kuten ympäristöystävällisyys, turvallisuus ja luotettavuus, ja ne ovat siksi laajasti käytössä sähköjärjestelmissä. Niiden kaaren muodostumisen ominaisuuksien tutkimiseksi on ymmärrettävä ympäristöystävällisten kaasujen peruskäsitteet ja vaikutustekijät. 

Fyysiset ja kemialliset ominaisuudet, molekyylin rakenne, lämpötila, paine, kosteus ja muut tekijät vaikuttavat näiden kaasujen eristyskykyyn ja kaaren muodostumiskäyttäytymiseen, mikä on tutkittava kokeellisesti. Lisäksi käytännön haasteina, kuten kaasun kulutusmäärä ja kierrätettävyys, on otettava huomioon. Siksi ympäristöystävällisten kaasujen peruskäsitteiden ja vaikutustekijöiden syvällinen tutkimus on välttämätöntä ympäristöystävällisten kaasulla eristettyjen RMU:n kaaren muodostumisen ominaisuuksien tutkimuksessa.

1.2 Tutkimusmenetelmät ja testiasetelma kaaren muodostumisen ominaisuuksien tutkimukseen

Kaaren muodostumisen ominaisuuksien tutkimiseksi on perustettava standardoitu testausmenetelmä ja kokeellinen asetelma. Testausmenetelmiin kuuluu yleensä sähköiset testit, jotka perustuvat kaareen ilmiöihin, sekä kemiallinen analyysi. Testiasetelman on taattava toistettavuus, tarkkuus ja turvallisuus, ja se koostuu yleensä korkean jännitteen lähde, kaarihuone, mittalaitteet ja datakeruujärjestelmä. Kaarihuone on avainkomponentti, joka simuloi oikean kaaren muodostumisprosessin ympäristöystävällisessä kaasulla eristetyssä RMU:ssa. Kaaren ominaisuuksien tehokkaaksi tutkimiseksi asetelmalla on oltava sopiva jännite- ja virtataso sekä kyky reaaliaikaiseen parametrien, kuten kaaren jännite, virta, kesto ja sivutuotteiden, tallentamiseen. On myös toteutettava riittäviä turvatoimenpiteitä, jotta estetään onnettomuudet testauksen aikana.

1.3 Kaaren virta-, jännite- ja keston testaus ja analyysi
Kaaren ominaisuuksien tutkimuksessa kaaren virta, jännite ja kesto ovat avaintekijöitä. Kaaren virta tarkoittaa arkkivirran suuruutta kaaren alueella arkkivirran aikana; kaaren jännite on potentiaerottelu kaaren alueen yli; ja kaaren kesto on aika, joka kuluu kaaren syttyessä sen sammumiseen. Nämä parametrit mittaamiseksi tarvitaan erikoislaitteita, kuten korkean jännitteen generaattoreita, virtamuunnoksia, jännitemuunnoksia ja digitaalisia oskilloskooppeja. Kokeellinen testaus ja datan kerääminen näistä parametreistä ympäristöystävällisissä kaasulla eristetyissä RMU:eissa, ja datan analysointi, auttavat paljastamaan trendejä ja väliaikaisia ​​yhteyksiä, mikä syvenee ymmärrystä kaaren muodostumisen ominaisuuksista ja tarjoaa perustiedot lisätutkimuksia varten.

1.4 Arkkivirran sivutuotteiden analyysi arkkivirran aikana
Arkkivirran aikana ympäristöystävällisissä kaasulla eristetyissä RMU:eissa syntyy erilaisia ​​sivutuotteita, kuten oksideja, fluoriideja, klorideja ja savua, jotka voivat aiheuttaa riskejä ympäristölle ja ihmisterveydelle. Nykyisin kaaren sivutuotteiden analyysiin käytetään kahden pääasiallisen lähestymistavan: kokeellista analyysiä ja numeerista simulointia. Kokeellinen analyysi sisältää laboratoriossa tapahtuvan arkkivirran prosessin simulaation, sivutuotteiden näytteiden keräämisen ja kemiallisten analyysien suorittamisen, jotta voidaan määrittää lajit ja pitoisuudet. Numeerinen simulointi käyttää laskennallisia malleja ennustamaan sivutuotteiden jakautuminen ja reaktiopolkuja. 

Kromatografia, massaspektrometri ja sähkömikroskooppi ovat käytössä kokeellisessa analyysissa. Numeerisessa simuloinnissa käytetään menetelmiä, kuten elementtianalyysi ja CFD (Computational Fluid Dynamics), mallintamaan sivutuotteiden jakautumista ja kemiallista reaktiomekanismia arkkivirran aikana. Sivutuotteiden analyysin tulokset parantavat ymmärrystä kemiallisista reaktioista ja energian muuntamisesta arkkivirran aikana, tarjoten teoreettista ja teknistä tukea ympäristöystävällisten kaasulla eristettyjen RMU:n suunnitteluun ja soveltamiseen, sekä viitetietoja ympäristövalvontalle ja henkilöstön turvallisuudelle.

2. Ympäristöystävällisten kaasulla eristettyjen rengasmuodostimien keskeyttämisen ominaisuuksien tutkimus

2.1 Peruskäsitteet ja vaikutustekijät keskeyttämisen ilmiöissä
2.1.1 Keskeyttämistestausmenetelmät
Keskeyttämistestaus on kriittinen vaihe ympäristöystävällisten kaasulla eristettyjen RMU:n keskeyttämisen ominaisuuksien tutkimuksessa. Se toteutetaan yleensä perinteisillä kokeellisilla menetelmillä tai numeerisella simuloinnilla. Perinteiset menetelmät sisältävät keskeyttämistestausalustan rakentamisen ja testaustilausten (kuten virta, jännite) vaihtelemisen keskeyttämisestä havaitsemiseksi ja kokeellisen datan keräämiseksi. Numeerinen simulointi käyttää tietokonepohjaisia malleja simuloimaan fysikaalista ilmiötä keskeyttämisen aikana, mikä mahdollistaa nopean suurten tietojoukkojen luomisen ja keskeyttämiskykyjen ennustamisen.

2.1.2 Testiasetukset
Tutkiaksemme keskeytyss ominaisuuksia on suunniteltava ja rakennettava erityinen keskeytyss testiasetus. Tämä asetus sisältää korkean jänniteen virtalähde, kytkentälaitteita ja mittausrivit. Korkean jänniteen virtalähde tarjoaa energiaa kytkentälaitteelle, joka suorittaa itse keskeytyksen, kun taas rivit mitattavat ja tallentavat keskeytysominaisuudet.

2.1.3 Keskeytysominaisuuksien testaus ja analysointi
Keskeytysominaisuuksien tutkimus vaatii sähkövirran, jännitteen ja ajan testauksen ja analysoinnin keskeytyss prosessin aikana. Nämä parametrit ovat avaintekijöitä keskeytyssuorituskyvyn arvioinnissa. Sähkövirran ja jännitteen käyttäytyminen kuvaa sähköisiä ominaisuuksia keskeytyssä, kun taas aika heijastaa aikadynaamisia ilmiöitä. Parametrien analysointi paljastaa tärkeitä tietoja, kuten keskeytysvirran ja -jännitteen vaihtelusuuntauksia, keskeytyskestoa ja yleistä suorituskykyä.

2.2 Tutkimusmenetelmät ja testiasetukset keskeytysominaisuuksien tutkimiseksi
Yleisiä menetelmiä ekologisesti kestävien kaasulevitettyjen RMU:n keskeytysominaisuuksien tutkimiseksi ovat perinteiset keskeytyss testit ja edistyneet numeeriset simuloinnit. Perinteiset testit sisältävät kytkentä- ja kuormalaitteiden asettamisen testirakenteeseen, virtalähdeparametrien (jännite, sähkövirta jne.) vaihtelun, tilapäisten prosessien havainnointi keskeytyksessä sekä sähkövirran, jännitteen ja ajan parametrien tallentamisen tiedonkäsittelyyn ja analyysiin. 

Perinteisiin testeihin verrattuna numeeriset simuloinnit tarjoavat tarkemman mallinnuksen keskeytysominaisuuksista. Käyttämällä tietokonepohjaisia simulaatiomenetelmiä, numeeriset menetelmät ratkaisevat keskeiset fysikaaliset kentät, kuten sähkökenttä, magneettikenttä, lämpötilakenttä ja virtauskenttä, keskeytyksen aikana, huomioiden useita tekijöitä, kuten sähkövirta, jännite, elektrodien väli ja ympäristön lämpötila. Lisäksi numeeriset simuloinnit mahdollistavat RMU:n suunnittelun optimoinnin materiaalipuolten ja geometristen konfiguraatioiden säätämällä.
Testiasetuksen kannalta korkean jännitteen DC-virtalähteet ja korkean tehdon kondensaattori lahdennuskuitut voivat tarjota tarvittavat korkean jännitteen ja -sähkövirran olosuhteet. Nopea datakeruujärjestelmä ja tallennin käytetään keskeytysparametrien tarkkaa keräämistä varten. Toistoituvuuden ja tarkkuuden varmistamiseksi testiasetuksen on kalibroiduta ja validoitua.

2.3 Keskeytysvirran, -jännitteen ja -ajan testaus ja analysointi
Keskeytysvirran, -jännitteen ja -ajan testaus ja analysointi on olennainen osa keskeytysominaisuuksien tutkimusta.
(1) Testin tavoite: Ymmärtää ekologisesti kestävien kaasulevitettyjen RMU:n keskeytysominaisuudet sähkövirran, jännitteen ja ajan testauksen ja analyysin kautta, arvioida niiden suorituskyky todellisissa toimiosoissa ja tarjota pohja laitteiden käytölle ja parannukselle.
(2) Testilaitteet: Digitaaliset amperimetrit, jänniteenmuuntajat, aikamittarit, oscilloskoopit ja datakeruujärjestelmät käytetään sähkövirran, jännitteen ja ajan tarkan mittaamiseen keskeytyksessä.
(3) Testimenettelyt:

• Keskeytysvirran testi: Suorita keskeytys standardiohjeiden mukaisissa testiolosuhteissa, tallenna virran aaltomuodot ja varmista asianmukainen yhteys testilaitteiden ja RMU:n välillä. Mittaa sähkövirran vaihteluja amperimetreillä ja digitaalisilla amperimetreillä.

• Keskeytysjännitteen testi: Samalla tavalla, suorita keskeytys standardiohjeiden mukaisissa olosuhteissa, tallenna jännitteen aaltomuodot ja mittaa jännitteen muutoksia jänniteenmuuntajilla ja digitaalisilla voltmetreillä.

• Keskeytysajan testi: Käytä aikamittareita keskeytysoperaation alkamisesta loppumiseen tarkasti ajan aikavälin mittaamiseen.

• Tilapäisten prosessien testi: Käytä oscilloskooppeja ja datakeruujärjestelmiä tilapäisten virran ja jännitteen aaltomuotojen tallentamiseen keskeytyksessä tilapäisten ominaispiirteiden analysointia varten.

(4) Datan tallentaminen ja analysointi: Tallenna virran aaltomuodot, jännitteen aaltomuodot, keskeytysajan tiedot ja tilapäiset aaltomuodot. Analysoi, täyttääkö keskeytysvirta insinööriongelmat, noudattako keskeytysjännite määrittelyjä ja täyttääkö keskeytysaika suunnittelukriteereitä. Arvioi tilapäisten prosessien vaikutus laiteominaisuuksiin ja vakautaan. Yllä mainituilla yksityiskohtaisilla testimenettelyillä otetaan huomioon kaikki liittyvät tekijät, mikä takaa tarkan datan keräämisen ja syvällisen analyysin. Tulokset näkyvät Taulukossa 1.

Taulukko 1: Sähkövirran, jännitteen ja ajan parametrien testaus ja analysointi

Taulukon 1 analyysin perusteella voidaan tehdä seuraavat päätelmät:

• Sähkökatkaisun sähkövirta ja jännite välillä on tietty yhteys; yleisesti sähkökatkaisun sähkövirta kasvaa, kun jännite kasvaa.

• Sähkökatkaisun kesto liittyy sekä sähkövirtaan että jännitteeseen; mitä suurempi sähkövirta ja jännite, sitä lyhyempi sähkökatkaisun kesto.

• Koetulosten tarkkuuden varmistamiseksi on huomioitava sähkökatkaisun aikana sähkövirran ja jännitteen rajoittaminen, jotta vältetään liian korkeiden tai alhaiden arvojen aiheuttamat epätarkkuudet. Lisäksi on otettava huomioon muut vaikuttavat tekijät, kuten lämpötila ja kosteus.

2.4 Sähkömagneettinen kenttäanalyysi sähkökatkaisun aikana
Ympäristöystävällisten kaasujohdusta varustettujen rengasmaanvakion sähkökatkaisun aikana suoritettavan sähkömagneettisen kentän analyysin osalta on perustettava koekokoonpano, jolla voidaan suorittaa sähkömagneettiset mittaukset ja analyysit. Kokeessa voidaan asettaa sähkömagneettinen kentänmittausjärjestelmä, jolla testataan ja tallennetaan sähkökatkaisun aikana oleva sähkömagneettinen kenttä, kuten taulukossa 2 näkyy.

Taulukko 2: Sähkömagneettinen kenttäanalyysi katkaisuprosessin aikana

Taulukon 2 perusteella sähkömagneettisen kentän vaihtelun analyysi katkaisuprosessin aikana paljastaa, että katkaisuhetkellä virta yhtäkkiä nollaantuu, ja vastaavasti magneettikentän voimakkuus vähenee jyrkästi. Tämän jälkeen magneettikentän voimakkuus vähitellen palautuu sen ennen katkaistua tilaansa. Sähkömagneettisen kentän analyysi voi tarjota tärkeitä viitearvoja ympäristöystävällisten kaasulaitteiden suunnitteluun ja optimointiin.

3.Tutkimustulosten analyysi kaari- ja katkaisuominaisuuksista
3.1 Kaari- ja katkaisuprosessien parametrien data-analyysi ja -käsittely
Kaari- ja katkaisukokeissa mitattiin erikseen virta, jännite ja aika kaari- ja katkaisuominaisuuksien analysointia varten. Datankäsittelyssä käytettiin tilastollisia menetelmiä laskemaan keskiarvo, keskihajonta ja varianssikerroin jokaiselle parametrille.

① Kaari-kokeiden dataa analysoitiin ja käsiteltiin. Kaari-virran, jännitteen ja ajan keskiarvot olivat 8,5 kA, 4,2 kV ja 2,5 ms. Laskettiin myös keskihajonta ja varianssikerroin ymmärtääksemme testidatan jakaumaa ja vakautta. Tulokset osoittivat, että kaari-virran keskihajonta oli 0,8 kA ja varianssikerroin 9,4%; kaari-jännitteen keskihajonta oli 0,4 kV ja varianssikerroin 9,5%; ja kaari-ajan keskihajonta oli 0,2 ms ja varianssikerroin 8,0%. Tämä osoittaa, että kaari-testidatan jakauma oli suhteellisen vakaa ja luotettava.

② Katkaisukokeiden dataa analysoitiin ja käsiteltiin. Katkaisuvirran, jännitteen ja ajan keskiarvot olivat 3,5 kA, 3,8 kV ja 3,0 ms. Laskettiin myös keskihajonta ja varianssikerroin. Tulokset osoittivat, että katkaisuvirran keskihajonta oli 0,5 kA ja varianssikerroin 14,3%; katkaisujännitteen keskihajonta oli 0,3 kV ja varianssikerroin 7,9%; ja katkaisuajan keskihajonta oli 0,1 ms ja varianssikerroin 4,4%. Tämä viittaa siihen, että katkaisutestidatan vakaus ja luotettavuus olivat suhteellisen heikompia.

Yllä mainitun datan analyysin perusteella voidaan päätellä, että kaari-testidatan luotettavuus on korkeampi kuin katkaisutestidatan, mahdollisesti siksi, että katkaisuprosessissa on mukana monimutkaiset sähkömagneettiset kentät, mikä vaatii lisäksi syvempää tutkimusta. Lisäksi kaari- ja katkaisuominaisuuksien välistä suhdetta voidaan edelleen tutkia testidatan pohjalta.

3.2 Kaari- ja katkaisuominaisuuksien välisen suhteen analyysi
Parametrien analysoimalla ja käsittelyllä sekä kaari- että katkaisuprosessista voidaan edelleen tutkia kaari- ja katkaisuominaisuuksien välistä suhdetta. Molemmat ominaisuudet ovat ympäristöystävällisten kaasulaitteiden avainkriteereitä, ja niiden välisen suhteen ymmärtäminen voi tarjota arvokasta ohjausta suunnitteluun ja optimointiin.

Kaari- ja katkaisuominaisuuksien näkökulmasta parametrit, kuten virta, jännite ja aika, vaikuttavat prosesseihin eri tavoin. Kaari-aikana kaari-virta ja kesto ovat ensisijaisia parametrejä, vaikkakin jännitteellä onkin tietyt vaikutukset. Toisaalta, katkaisu-aikana katkaisuvirta on dominoiva parametri, kun aika ja jännite myös osallistuvat. Siksi kaari- ja katkaisuominaisuuksien välisen suhteen analysoinnissa on otettava huomioon niiden omat keskeiset parametrit.

Data-analyysi osoittaa tietyn suhteen kaari- ja katkaisuominaisuuksien välillä:

• Kun kaari-virta ja -jännite kasvavat, se johtaa suurempaan kaari-tuotteiden muodostumiseen ja suurempaan energian kulutukseen kaari-aikana, mikä lisää katkaisun vaikeutta.

• Kun katkaisuvirta kasvaa, se johtaa suurempaan kaari-energiaan katkaisu-aikana, mikä myös lisää katkaisun vaikeutta.

Lisäksi sähkömagneettisen kentän analyysi kaari- ja katkaisu-aikana paljastaa, että sähkömagneettiset kentät vaikuttavat merkittävästi molempiin prosesseihin. Kaari-aikana sähkömagneettinen kenttä aiheuttaa rajoittavan voiman, joka rajoittaa kaaren leviämistä. Katkaisu-aikana sähkömagneettinen kenttä aiheuttaa repevän voiman, joka työntää kaaren ulos, vaikuttaen katkaisusuorituskykyyn.

Nämä löydökset osoittavat, että kaari- ja katkaisuominaisuudet ovat toisiinsa liittyviä, pääasiassa vaikuttamalla niiden keskeisiin toimintaparametreihin ja sähkömagneettisiin kenttiin. Siksi ympäristöystävällisten kaasulaitteiden suunnittelussa ja optimoinnissa on otettava huomioon kaari- ja katkaisuominaisuuksien välinen suhde, ja suunnitelmat on mukautettava erityisiin sovellusyhteyksiin saavuttaaksemme optimaalisen suorituskyvyn.

4.Yhteenveto

Ympäristöystävällisten kaasulaitteiden kaari- ja katkaisuominaisuuksien tutkimuksen perusteella voidaan päätellä, että nämä ominaisuudet poikkeavat merkittävästi perinteisistä SF₆-eristelevistä laitteista. Ympäristöystävälliset kaasulaitteet asettavat tiukemmat vaatimukset parametreille, kuten virta, jännite ja aika, mikä edellyttää tarkempaa suunnittelua ja optimointia. Lisäksi sähkömagneettisen kentän jakautuminen kaari- ja katkaisu-aikana poikkeaa: kaari-aikana sähkömagneettinen kenttä on keskittynyt ja voimakas, kun taas katkaisu-aikana se on tasaisempi.

Kun ympäristöystävällisten kaasulaitteiden käyttö jatkuu, tulevaisuuden tutkimus voi keskittyä seuraaviin näkökohtiin:

• Ympäristöystävällisten kaasulaitteiden suunnittelun optimointi simulointianalyysin avulla.

• Kaari- ja katkaisuominaisuuksien tutkimus eri toimintaympäristöissä.

• Uusien ympäristöystävällisten kaasujen soveltamismahdollisuuksien tutkimus eristelevissä laitteissa.

Yhteenvetona nämä tutkimustulokset ovat erittäin merkittäviä ympäristöystävällisten kaasupuolustettujen rengasmaisyksiköiden kehityksen ja optimoinnin edistämiseksi.