Istraživanje karakteristika lukovanja i prekida ekološki prihvatljivih gasno-zategnutih kružnih glavnih jedinica

Ekološki prijateljske plinsko izolirane prstene glavne jedinice (RMU) su važna oprema za distribuciju struje u električnim sustavima, s karakteristikama zelenog, ekološki prijateljskog i visoko pouzdanog uređaja. Tijekom rada, oblikovanje i prekid luka znatno utječu na sigurnost ekološki prijateljskih plinsko izoliranih RMU-ova. Stoga, duboka istraživanja o ovim aspektima imaju veliku važnost za osiguravanje sigurnog i stabilnog rada elektroenergetskih sustava. Cilj ovog članka je ispitati oblikovanje i prekid luka u ekološki prijateljskim plinsko izoliranim RMU-ovima putem eksperimentalnog testiranja i analize podataka, istražujući njihove uzorke i karakteristike, s ciljem pružanja teorijske podrške i tehničkih smjernica za razvoj takve opreme.

1.Istraživanje karakteristika oblikovanja luka u ekološki prijateljskim plinsko izoliranim prstenastim glavnim jedinicama

1.1 Osnovni koncepti i faktori utjecaja ekološki prijateljskih plinova

Ekološki prijateljski plinovi se odnose na plinove koji ne iscrpljuju ozonski sloj. Uobičajeni primjeri uključuju azot (N₂), suhu komprimiranu zrak (bez ulja i vlage) i specijalno formulirane nove plinove. Ekološki prijateljske plinsko izolirane RMU-ove nude prednosti kao što su ekološka prijateljstva, sigurnost i pouzdanost, stoga se široko koriste u elektroenergetskim sustavima. Istraživanje njihovih karakteristika oblikovanja luka zahtijeva razumijevanje osnovnih koncepta i faktora utjecaja ekološki prijateljskih plinova. 

Fizičko-kemijske osobine, molekularna struktura, temperatura, tlak, vlažnost i drugi faktori svi utječu na izolacijske performanse i ponašanje oblikovanja luka tih plinova, što mora biti ispitano eksperimentalno. Također, praktični izazovi poput potrošnje plina i mogućnosti recikliranja moraju se riješiti. Stoga je duboko istraživanje osnovnih koncepta i faktora utjecaja ekološki prijateljskih plinova ključno za istraživanje karakteristika oblikovanja luka u ekološki prijateljskim plinsko izoliranim RMU-ovima.

1.2 Metode istraživanja i postavljanje ispitnih okruženja za karakteristike oblikovanja luka

Istraživanje karakteristika oblikovanja luka zahtijeva uspostavljanje standardizirane metode ispitivanja i eksperimentalnog postavljanja. Metode ispitivanja obično uključuju električko ispitivanje temeljeno na pojavinama luka i kemijsku analizu. Postavljanje ispitnih okruženja mora osigurati ponovljivost, točnost i sigurnost, obično uključujući izvor visokog napona, komoru za lukove, mjernu opremu i sustav prikupljanja podataka. Komora za lučeve je ključni dio, simulirajući stvarni proces oblikovanja luka unutar ekološki prijateljskog plinsko izoliranog RMU-a. Da bi se efektivno istražile karakteristike luka, postavljanje mora pružiti odgovarajuće naponske i strujne razine i omogućiti stvarno vrijeme snimanja parametara poput napona, struje, trajanja i proizvoda luka. Trebaju se također implementirati dovoljne sigurnosne mjere kako bi se spriječili nesrećni događaji tijekom ispitivanja.

1.3 Ispitivanje i analiza struje, napona i trajanja luka
U studijama karakteristika luka, struja, napon i trajanje luka su ključni parametri. Struja luka odnosi se na magnitudu struje koja protječe kroz regiju luka tijekom lukanja; napon luka je potencijalna razlika preko regije luka; a trajanje luka je vremenski interval od početka do završetka lukanja. Mjerenje ovih parametara zahtijeva specijaliziranu opremu poput generatora visokog napona, transformatora struje, transformatora napona i digitalnih osciloskopova. Eksperimentalno ispitivanje i prikupljanje podataka o ovim parametrima u ekološki prijateljskim plinsko izoliranim RMU-ovima, slijedeno analizom podataka, pomaže u otkrivanju trendova i međusobnih odnosa, time dublje razumijevajući karakteristike oblikovanja luka i pružajući temeljne podatke za daljnja istraživanja.

1.4 Analiza proizvoda luka tijekom lukanja
Tijekom lukanja u ekološki prijateljskim plinsko izoliranim RMU-ovima, generiraju se različiti proizvodi, poput oksida, fluorida, hlorida i dima, koji mogu predstavljati opasnost za okoliš i ljudsko zdravlje. Trenutno se koriste dvije glavne metode za analizu proizvoda luka: eksperimentalna analiza i numerička simulacija. Eksperimentalna analiza uključuje simulaciju procesa lukanja u laboratoriju, prikupljanje uzoraka proizvoda i provedbu kemijske analize kako bi se odredili vrste i distribucija koncentracija. Numerička simulacija koristi računalne modele za predviđanje distribucije proizvoda i reakcijskih puteva. 

Analitičke tehnike poput kromatografije, masenske spektrometrije i elektronske mikroskopije koriste se u eksperimentalnoj analizi. U numeričkoj simulaciji se koriste metode poput metode konačnih elemenata i CFD (Computational Fluid Dynamics) za modeliranje distribucije proizvoda i kemijskih reakcijskih mehanizama tijekom lukanja. Rezultati analize proizvoda unaprijeđuju razumijevanje kemijskih reakcija i pretvorbe energije tijekom lukanja, pružajući teorijsku i tehničku podršku za dizajn i primjenu ekološki prijateljskih plinsko izoliranih RMU-ova, kao i referentne podatke za praćenje okoliša i sigurnost osoblja.

2. Istraživanje karakteristika prekida u ekološki prijateljskim plinsko izoliranim prstenastim glavnim jedinicama

2.1 Osnovni koncepti i faktori utjecaja fenomena prekida
2.1.1 Metode ispitivanja prekida
Ispitivanje prekida je ključan korak u istraživanju karakteristika prekida ekološki prijateljskih plinsko izoliranih RMU-ova. Obično se provodi korištenjem konvencionalnih eksperimentalnih metoda ili numeričke simulacije. Konvencionalne metode uključuju izgradnju platforme za ispitivanje prekida i variranje uvjeta ispitivanja (npr. struja, napon) kako bi se promatralo ponašanje prekida i prikupili eksperimentalni podaci. Numerička simulacija, s druge strane, koristi računalne modele za simulaciju fizičkih fenomena tijekom prekida, omogućujući brzo generiranje velikih skupova podataka i predviđanje performansi prekida.

2.1.2 Postavljanje testa
Za studiju karakteristika prekida, mora se dizajnirati i izgraditi posebna postavka za testiranje prekida. Ova postavka uključuje visokonaponsku napajajuću jedinicu, uređaje za prekid, te instrumente za mjerenje. Visokonaponska napajajuća jedinica pruža energiju uređaju za prekid koji obavlja stvarni postupak prekida, dok instrumenti mjeri i zapisuju karakteristike prekida.

2.1.3 Testiranje i analiza parametara karakteristika prekida
Istraživanje karakteristika prekida zahtijeva testiranje i analizu parametara poput struje, napon i vremena tijekom procesa prekida. Ovi parametri su ključni pokazatelji za procjenu performansi prekida. Struja i napon opisuju električko ponašanje tijekom prekida, dok vrijeme odražava vremenske dinamike. Analizirajući ove parametre, otkrivaju se ključne informacije poput trendova varijacija struje i napona tijekom prekida, trajanja prekida i ukupne performanse.

2.2 Metode istraživanja i postavljanje testa za karakteristike prekida
Uobičajene metode za studiju karakteristika prekida ekološki prihvatljivih gasnih RMU-ova (Ring Main Units) uključuju konvencionalne teste prekida i napredne numeričke simulacije. Konvencionalni testovi uključuju postavljanje prekidnih i opterećenih uređaja na testnu postavku, variranje parametara napajanja (napon, struja itd.), promatranje prelaznih procesa tijekom prekida, te zapisivanje parametara poput struje, napona i vremena za obradu podataka i analizu. 

U usporedbi s konvencionalnim testovima, numeričke simulacije nude veću preciznost u modeliranju karakteristika prekida. Koristeći računalne simulacije i tehnike modeliranja, numeričke metode rješavaju ključna fizička polja - kao što su električno polje, magnetsko polje, polje temperature i polje toka - tijekom prekida, uzimajući u obzir mnoge faktore uključujući struju, napon, razmak elektroda i okružnu temperaturu. Nadalje, numeričke simulacije omogućuju optimizaciju dizajna RMU-ova prilagođavanjem svojstava materijala i geometrijskih konfiguracija.
Za postavljanje testa, visokonaponski DC napajajući uređaji i visokosnažni kapacitorni razrjevnici mogu pružiti potrebne uvjete visokog napona i visoke struje. Brzi sustavi za prikupljanje podataka i snimači koriste se za točno hvatanje parametara prekida. Za osiguranje ponovljivosti i točnosti, postavka testa mora biti kalibrirana i validirana.

2.3 Testiranje i analiza struje, napona i vremena prekida
Testiranje i analiza struje, napona i vremena prekida su ključni dio studije karakteristika prekida.
(1) Cilj testa: Razumjeti karakteristike prekida ekološki prihvatljivih gasnih RMU-ova putem testiranja i analize struje, napona i vremena prekida, procijeniti njihovu performansu u stvarnim radnim uvjetima, te osigurati temelj za korištenje i poboljšanje opreme.
(2) Testna oprema: Digitalni ampermetri, transformatori napona, instrumenti za mjerenje vremena, osciloskop i sustavi za prikupljanje podataka koriste se za osiguranje točnog mjerenja struje, napona i vremena tijekom prekida.
(3) Postupci testiranja:

• Test struje prekida: Izvršite prekid pod standardnim testnim uvjetima, zapisi talasne forme struje, i osigurajte pravilnu vezu između testne opreme i RMU-a. Mjerite varijacije struje koristeći transformatore struje i digitalne ampermetre.

• Test napona prekida: Slično, izvršite prekid pod standardnim uvjetima, zapisi talasne forme napona, i mjerite promjene napona koristeći transformatore napona i digitalne voltmetre.

• Test vremena prekida: Koristite instrumente za mjerenje vremena kako biste točno zabilježili vremenski interval od početka do završetka operacije prekida.

• Test prelaznog procesa: Koristite osciloskop i sustave za prikupljanje podataka kako biste uhvatili prelazne talasne forme struje i napona tijekom prekida za analizu prelaznih karakteristika.

(4) Zapisivanje i analiza podataka: Zapisi talasne forme struje, talasne forme napona, podatke o vremenu prekida i prelazne talasne forme. Analizirajte da li struja prekida ispunjava inženjerske zahtjeve, da li napon prekida odgovara specifikacijama, te da li vrijeme prekida zadovoljava kriterije dizajna. Procijenite utjecaj prelaznih procesa na performanse i stabilnost opreme. Kroz gore navedene detaljne postupke testiranja, kompleksna razmatranja svih relevantnih faktora osiguravaju točno prikupljanje podataka i duboku analizu. Rezultati su prikazani u tablici 1.

Tablica 1: Testiranje i analiza parametara struje, napona i vremena

Analizom tablice 1 može se doći do sljedećih zaključaka:

• Postoji određena veza između prekida struje i napona; općenito, prekidna struja raste s povećanjem napona.

• Vrijeme prekida ovisi o strujnom toku i naponu; što je struja veća i napon veći, to je vrijeme prekida kraće.

• Tijekom testiranja treba paziti na kontrolu raspona struje i napona tijekom prekida kako bi se spriječile netočnosti u rezultatima testiranja uzrokovane prevelikim ili premalim vrijednostima. Također, trebaju se uzeti u obzir i drugi utjecajni faktori, poput temperature i vlažnosti zraka.

2.4 Analiza elektromagnetskog polja tijekom procesa prekida
Za analizu elektromagnetskog polja tijekom procesa prekida ekološki prihvatljivih gasnih izolatora kružnih glavnih jedinica potrebno je postaviti probnu instalaciju za izvođenje mjerenja i analizu elektromagnetskog polja. U eksperimentu može se postaviti sustav za mjerenje elektromagnetskog polja kako bi se testirao i bilježio elektromagnetski polj tijekom procesa prekida, kao što je prikazano u tablici 2.

Tablica 2: Analiza elektromagnetskog polja tijekom procesa prekida

Analiza varijacija elektromagnetskog polja tijekom procesa prekida temeljena na Tablici 2 otkriva da u trenutku prekida struja iznenada pada na nulu, a jakost magnetskog polja odgovarajuće drastično opada. Zatim se jakost magnetskog polja postepeno vraća u stanje prije prekida. Analiza elektromagnetskog polja može pružiti važne referentne podatke za dizajn i optimizaciju ekološki prihvatljivih gasnih izoliranih kružnih glavnih jedinica.

3. Analiza rezultata istraživanja karakteristika lukovanja i prekida
3.1 Analiza i obrada parametara tijekom procesa lukovanja i prekida
Tijekom testova lukovanja i prekida, parametri poput struje, napona i vremena su zasebno mjereni kako bi se analizirale karakteristike lukovanja i prekida. U obradi podataka upotrijebene su statističke metode za izračun srednjih vrijednosti, standardnih devijacija i koeficijenta varijacije za svaki parametar.

① Podaci o testovima lukovanja su analizirani i obrađeni. Srednje vrijednosti luvanja struje, napona i vremena bile su redom 8,5 kA, 4,2 kV i 2,5 ms. Izračunate su također standardne devijacije i koeficijenti varijacije kako bi se razumjela distribucija i stabilnost testnih podataka. Rezultati pokazali su da je standardna devijacija luvanja struje bila 0,8 kA s koeficijentom varijacije od 9,4%; standardna devijacija luvanja napona bila je 0,4 kV s koeficijentom varijacije od 9,5%; i standardna devijacija luvanja vremena bila je 0,2 ms s koeficijentom varijacije od 8,0%. To upućuje na relativno stabilnu distribuciju i visoku pouzdanost testnih podataka luvanja.

② Podaci o testovima prekida su analizirani i obrađeni. Srednje vrijednosti prekidanja struje, napona i vremena bile su redom 3,5 kA, 3,8 kV i 3,0 ms. Slično tome, izračunate su standardne devijacije i koeficijenti varijacije. Rezultati pokazali su da je standardna devijacija prekidanja struje bila 0,5 kA s koeficijentom varijacije od 14,3%; standardna devijacija prekidanja napona bila je 0,3 kV s koeficijentom varijacije od 7,9%; i standardna devijacija prekidanja vremena bila je 0,1 ms s koeficijentom varijacije od 4,4%. To upućuje na relativno manju stabilnost i nižu pouzdanost testnih podataka prekida.

Na osnovu gore navedene analize podataka može se zaključiti da su podaci testova luvanja pouzdaniji od podataka testova prekida, što može biti posljedica složenih elektromagnetskih polja uključenih u proces prekida, što zahtijeva daljnje dubinsko istraživanje. Također, odnos između karakteristika luvanja i prekida može se dodatno istražiti na temelju testnih podataka.

3.2 Analiza odnosa između karakteristika luvanja i prekida
Analižući i obrađujući parametre iz procesa luvanja i prekida, odnos između karakteristika luvanja i prekida može se dodatno proučiti. I karakteristike luvanja i prekida su ključni pokazatelji performansi ekološki prihvatljivih gasnih izoliranih kružnih glavnih jedinica, a razumijevanje njihovog međusobnog odnosa može pružiti vrijedne smjernice za dizajn i optimizaciju.

S obzirom na karakteristike luvanja i prekida, parametri poput struje, napona i vremena utječu na te dva procesa na različite načine. Tijekom luvanja, luvanja struja i trajanje su glavni parametri, dok napon također ima određeni utjecaj. S druge strane, tijekom prekida, prekidanja struja je dominantni parametar, s vremenom i naponom koji također igraju ulogu. Stoga, prilikom analize odnosa između karakteristika luvanja i prekida, njihovi odgovarajući ključni parametri moraju se posebno razmatrati.

Analiza podataka pokazuje određenu povezanost između karakteristika luvanja i prekida:

• Povećanje luvanja struje i napona dovodi do veće generacije produkata lukovanja i veće potrošnje energije tijekom luvanja, čime se povećava težina prekida.

• Povećanje prekidanja struje dovodi do veće lukovske energije tijekom prekida, što također povećava težinu prekida.

Dodatno, analiza elektromagnetskog polja tijekom luvanja i prekida otkriva da elektromagnetska polja značajno utječu na oba procesa. Tijekom luvanja, elektromagnetsko polje djeluje ograničavajućom silom koja ograničava difuziju luka. Tijekom prekida, elektromagnetsko polje stvara odbijajuću silu koja gurne luk van, utječeći na performanse prekida.

Ovi pronalasci upućuju na to da su karakteristike luvanja i prekida međusobno povezane, uglavnom utjecane njihovim ključnim operativnim parametrima i efektima elektromagnetskog polja. Stoga, u dizajnu i optimizaciji ekološki prihvatljivih gasnih izoliranih kružnih glavnih jedinica, treba komprehensivno razmatrati odnos između karakteristika luvanja i prekida, a dizajni trebaju biti prilagođeni specifičnim primjenama kako bi se postigla optimalna performansa.

4. Zaključak

Kroz proučavanje karakteristika luvanja i prekida ekološki prihvatljivih gasnih izoliranih kružnih glavnih jedinica, može se zaključiti da se te karakteristike značajno razlikuju od karakteristika tradicionalnih SF₆ izoliranih kružnih glavnih jedinica. Ekološki prihvatljive gasne izolirane RMU-e imaju stroža zahtjeva za parametre poput struje, napona i vremena, što zahtijeva precizniji dizajn i optimizaciju. Također, distribucija elektromagnetskog polja tijekom luvanja i prekida se razlikuje: tijekom luvanja, elektromagnetsko polje je koncentriranije i intenzivnije, dok tijekom prekida je ravnomjernije.

S nastavkom širenja primjene ekološki prihvatljivih gasnih izoliranih kružnih glavnih jedinica, buduća istraživanja mogu se fokusirati na sljedeće aspekte:

• Optimizacija dizajna ekološki prihvatljivih gasnih izoliranih RMU-e putem simulacijske analize.

• Istraživanje karakteristika luvanja i prekida u različitim uvjetima rada.

• Istraživanje potencijala primjene novih ekološki prihvatljivih plinova u izoliranim kružnim glavnim jedinicama.

Ukratko, ovi istraživački rezultati su od velike važnosti za napredak u razvoju i optimizaciji ekološki prihvatljivih gasnih izoliranih kružnih jedinica.