Penyelidikan tentang Ciri-ciri Lengkung dan Pemutusan Unit Utama Berbentuk Cincin yang Dilekati Gas Mesra Alam

Unit-unit utama cincin berisolasi gas yang mesra alam (RMUs) adalah peralatan pengagihan kuasa yang penting dalam sistem elektrik, mempunyai ciri-ciri hijau, mesra alam, dan kebolehpercayaan tinggi. Semasa operasi, ciri-ciri pembentukan dan pemutusan lengkung api secara signifikan mempengaruhi keselamatan unit-unit utama cincin berisolasi gas yang mesra alam. Oleh itu, penyelidikan mendalam mengenai aspek-aspek ini sangat penting untuk memastikan operasi selamat dan stabil sistem kuasa. Artikel ini bertujuan untuk menyiasat ciri-ciri pembentukan dan pemutusan lengkung api unit-unit utama cincin berisolasi gas yang mesra alam melalui ujian eksperimen dan analisis data, meneroka corak dan ciri-cirinya, dengan tujuan memberikan sokongan teori dan panduan teknikal untuk penyelidikan dan pembangunan peralatan tersebut.

1.Penyelidikan Ciri-ciri Pembentukan Lengkung Api Unit Utama Cincin Berisolasi Gas yang Mesra Alam

1.1 Konsep Asas dan Faktor-faktor Pengaruh Gas-gas Mesra Alam

Gas-gas mesra alam merujuk kepada gas-gas yang tidak mengosongkan lapisan ozon. Contoh biasa termasuk nitrogen (N₂), udara terkumpul kering (tanpa minyak dan lembap), dan gas-gas baru yang dirumuskan khusus. Unit-unit utama cincin berisolasi gas yang mesra alam menawarkan kelebihan seperti mesra alam, selamat, dan boleh dipercayai, dan oleh itu digunakan secara meluas dalam sistem kuasa. Menyelidiki ciri-ciri pembentukan lengkung apinya memerlukan pemahaman konsep asas dan faktor-faktor pengaruh gas-gas mesra alam. 

Sifat-sifat fizikal dan kimia, struktur molekul, suhu, tekanan, kelembapan, dan faktor-faktor lain semua mempengaruhi prestasi isolasi dan tingkah laku pembentukan lengkung api gas-gas ini, yang perlu disiasat secara eksperimen. Selain itu, cabaran praktikal seperti jumlah penggunaan gas dan kebolehdaur ulang perlu diselesaikan. Oleh itu, kajian mendalam tentang konsep asas dan faktor-faktor pengaruh gas-gas mesra alam adalah penting untuk menyelidiki ciri-ciri pembentukan lengkung api dalam unit-unit utama cincin berisolasi gas yang mesra alam.

1.2 Kaedah Penyelidikan dan Set Up Ujian untuk Ciri-ciri Pembentukan Lengkung Api

Menyiasat ciri-ciri pembentukan lengkung api memerlukan penubuhan metodologi ujian standard dan set up eksperimen. Kaedah ujian biasanya termasuk ujian elektrik berdasarkan fenomena lengkung api dan analisis kimia. Set up ujian mesti memastikan ulangan, ketepatan, dan keselamatan, umumnya terdiri daripada sumber voltan tinggi, ruang lengkung api, instrumen pengukuran, dan sistem pengumpulan data. Ruang lengkung api adalah komponen penting, mensimulasikan proses pembentukan lengkung api sebenar di dalam unit utama cincin berisolasi gas yang mesra alam. Untuk mengkaji ciri-ciri lengkung api secara efektif, set up mesti menyediakan tahap voltan dan arus yang sesuai dan membolehkan perekaman masa nyata parameter seperti voltan lengkung api, arus, tempoh, dan hasil sampingan. Ukuran keselamatan yang mencukupi juga mesti dilaksanakan untuk mencegah kemalangan semasa ujian.

1.3 Ujian dan Analisis Arus, Voltan, dan Tempoh Lengkung Api
Dalam kajian ciri-ciri lengkung api, arus, voltan, dan tempoh lengkung api adalah parameter-parameter kunci. Arus lengkung api merujuk kepada magnitud arus yang mengalir melalui kawasan lengkung api semasa lengkung api; voltan lengkung api adalah beza potensial di seberang kawasan lengkung api; dan tempoh lengkung api adalah selang masa dari permulaan hingga penghentian lengkung api. Mengukur parameter-parameter ini memerlukan instrumen khusus seperti janaan voltan tinggi, transformer arus, transformer voltan, dan osiloskop digital. Ujian eksperimen dan pengumpulan data pada parameter-parameter ini dalam unit-unit utama cincin berisolasi gas yang mesra alam, diikuti dengan analisis data, membantu mendedahkan trend dan hubungan, dengan itu mengeraskan lagi pemahaman ciri-ciri pembentukan lengkung api dan menyediakan data asas untuk penyelidikan lanjutan.

1.4 Analisis Hasil Sampingan Semasa Lengkung Api
Semasa lengkung api dalam unit-unit utama cincin berisolasi gas yang mesra alam, pelbagai hasil sampingan—seperti oksida, fluorida, klorida, dan asap—dicipta, yang mungkin membawa bahaya kepada alam sekitar dan kesihatan manusia. Pada masa kini, dua pendekatan utama digunakan untuk menganalisis hasil sampingan lengkung api: analisis eksperimen dan simulasi berangka. Analisis eksperimen melibatkan simulasi proses lengkung api di makmal, mengumpul sampel hasil sampingan, dan melakukan analisis kimia untuk menentukan taburan spesies dan kepekatan. Simulasi berangka menggunakan model komputasi untuk meramalkan taburan hasil sampingan dan laluan reaksi. 

Teknik-teknik analisis seperti kromatografi, spektrometri massa, dan mikroskop elektron digunakan dalam analisis eksperimen. Dalam simulasi berangka, kaedah seperti analisis unsur terbatas dan CFD (Dinamik Bendalir Komputasi) digunakan untuk memodelkan taburan hasil sampingan dan mekanisme reaksi kimia semasa lengkung api. Keputusan dari analisis hasil sampingan meningkatkan pemahaman reaksi kimia dan pemindahan tenaga semasa lengkung api, memberikan sokongan teori dan teknikal untuk reka bentuk dan aplikasi unit-unit utama cincin berisolasi gas yang mesra alam, serta data rujukan untuk pemantauan alam sekitar dan keselamatan pekerja.

2. Penyelidikan Ciri-ciri Pemutusan Unit Utama Cincin Berisolasi Gas yang Mesra Alam

2.1 Konsep Asas dan Faktor-faktor Pengaruh Fenomena Pemutusan
2.1.1 Kaedah Ujian Pemutusan
Ujian pemutusan adalah langkah penting dalam kajian ciri-ciri pemutusan unit-unit utama cincin berisolasi gas yang mesra alam. Ia biasanya dijalankan menggunakan kaedah eksperimen konvensional atau simulasi berangka. Kaedah konvensional melibatkan pembinaan platform ujian pemutusan dan variasi keadaan ujian (contohnya, arus, voltan) untuk mengamati tingkah laku pemutusan dan mengumpul data eksperimen. Manakala simulasi berangka, pula, menggunakan model komputer untuk mensimulasikan fenomena fizikal semasa pemutusan, membolehkan penghasilan set data besar dengan cepat dan ramalan prestasi pemutusan.

2.1.2 Penyetelan Ujian
Untuk mengkaji ciri-ciri gangguan, satu set ujian gangguan yang khusus perlu direka dan dibina. Set ini termasuk bekalan elektrik bertegangan tinggi, peralatan pemindahan, dan instrumen pengukuran. Bekalan elektrik bertegangan tinggi memberikan tenaga kepada peranti pemindahan, yang melakukan operasi gangguan sebenar, sementara instrumen mengukur dan merakam ciri-ciri gangguan.

2.1.3 Pengujian dan Analisis Parameter Ciri-Ciri Gangguan
Penelitian tentang ciri-ciri gangguan memerlukan pengujian dan analisis parameter seperti arus, voltan, dan masa semasa proses gangguan. Parameter ini adalah penunjuk utama untuk menilai prestasi gangguan. Arus dan voltan menerangkan tingkah laku elektrik semasa gangguan, sementara masa mencerminkan dinamik temporal. Menganalisis parameter ini memberi maklumat penting seperti trend variasi arus dan voltan gangguan, tempoh gangguan, dan prestasi keseluruhan.

2.2 Kaedah Penyelidikan dan Penyetelan Ujian bagi Ciri-Ciri Gangguan
Kaedah biasa untuk mengkaji ciri-ciri gangguan RMU berasingan gas mesra alam termasuk ujian gangguan konvensional dan simulasi nombor maju. Ujian konvensional melibatkan penempatan peranti pemindahan dan beban dalam rig ujian, membolehkan variasi parameter bekalan (voltan, arus, dll.), mengamati proses sementara semasa gangguan, dan merakam parameter seperti arus, voltan, dan masa untuk pemprosesan dan analisis data. 

Banding dengan ujian konvensional, simulasi nombor menawarkan ketepatan lebih tinggi dalam pemodelan ciri-ciri gangguan. Dengan menggunakan teknik simulasi dan pemodelan komputer, kaedah nombor menyelesaikan medan fizikal utama—seperti medan elektrik, medan magnet, medan suhu, dan medan aliran—semasa gangguan, sambil mempertimbangkan pelbagai faktor termasuk arus, voltan, jarak elektrod, dan suhu sekitar. Selain itu, simulasi nombor membolehkan optimalisasi reka bentuk RMU dengan menyesuaikan sifat bahan dan konfigurasi geometri.
Untuk set ujian, bekalan elektrik DC bertegangan tinggi dan unit pelepasan kapasitor daya tinggi boleh menyediakan keadaan tegangan dan arus tinggi yang diperlukan. Sistem pengambilan data berkelajuan tinggi dan perekam digunakan untuk menangkap tepat parameter gangguan. Untuk memastikan ulangan dan ketepatan, set ujian mesti dikalibrasi dan disahkan.

2.3 Pengujian dan Analisis Arus, Voltan, dan Masa Gangguan
Pengujian dan analisis arus, voltan, dan masa gangguan adalah bahagian penting dalam mengkaji ciri-ciri gangguan.
(1) Objektif Ujian: Untuk memahami ciri-ciri gangguan RMU berasingan gas mesra alam dengan menguji dan menganalisis arus, voltan, dan masa gangguan, menilai prestasi mereka dalam keadaan operasi sebenar, dan memberikan asas untuk penggunaan dan penambahbaikan peralatan.
(2) Peralatan Ujian: Ammeter digital, transformer voltan, instrumen pengukuran masa, osiloskop, dan sistem pengambilan data digunakan untuk memastikan pengukuran tepat arus, voltan, dan masa semasa gangguan.
(3) Prosedur Ujian:

• Ujian Arus Gangguan: Lakukan gangguan di bawah keadaan ujian standard, rekod gelombang arus, dan pastikan sambungan yang betul antara peralatan ujian dan RMU. Ukur variasi arus menggunakan transformer arus dan ammeter digital.

• Ujian Voltan Gangguan: Begitu juga, lakukan gangguan di bawah keadaan standard, rekod gelombang voltan, dan ukur perubahan voltan menggunakan transformer voltan dan voltmeter digital.

• Ujian Masa Gangguan: Gunakan instrumen pengukuran masa untuk merekod tepat selang masa dari permulaan hingga penyelesaian operasi gangguan.

• Ujian Proses Sementara: Gunakan osiloskop dan sistem pengambilan data untuk menangkap gelombang arus dan voltan sementara semasa gangguan untuk analisis ciri-ciri sementara.

(4) Rakaman Data dan Analisis: Rekod gelombang arus, gelombang voltan, data masa gangguan, dan gelombang sementara. Analisis sama ada arus gangguan memenuhi keperluan kejuruteraan, sama ada voltan gangguan mematuhi spesifikasi, dan sama ada masa gangguan memenuhi kriteria reka bentuk. Nilai impak proses sementara terhadap prestasi dan kestabilan peralatan. Melalui prosedur ujian yang terperinci di atas, pertimbangan menyeluruh semua faktor relevan memastikan pengumpulan data yang tepat dan analisis mendalam. Keputusan ditunjukkan dalam Jadual 1.

Jadual 1: Pengujian dan Analisis Parameter Arus, Voltan, dan Masa

Melalui analisis Jadual 1, kesimpulan berikut boleh ditarik:

• Terdapat hubungan tertentu antara arus penghentian dan voltan; umumnya, arus penghentian meningkat apabila voltan meningkat.

• Masa penghentian berkaitan dengan kedua-dua arus dan voltan; semakin tinggi arus dan voltan, semakin pendek masa penghentian.

• Semasa ujian, perhatian harus diberikan kepada kawalan julat arus dan voltan semasa penghentian untuk mengelakkan ketepatan hasil ujian disebabkan oleh nilai yang terlalu tinggi atau terlalu rendah. Selain itu, faktor-faktor lain yang mempengaruhi—seperti suhu dan kelembapan persekitaran—juga harus dipertimbangkan.

2.4 Analisis Medan Elektromagnetik Semasa Proses Penghentian
Untuk analisis medan elektromagnetik semasa proses penghentian unit utama gelang gas mesra alam, satu set-up ujian mesti ditubuhkan untuk menjalankan pengukuran dan analisis medan elektromagnetik. Dalam eksperimen, sistem pengukuran medan elektromagnetik boleh ditetapkan untuk menguji dan merakam medan elektromagnetik semasa proses penghentian, seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 2.

Jadual 2: Analisis Medan Elektromagnetik Semasa Proses Pemutusan

Analisis variasi medan elektromagnet berdasarkan Jadual 2 menunjukkan bahawa pada ketika pemutusan, arus menurun secara tiba-tiba ke sifar, dan kekuatan medan magnet turut berkurang dengan mendadak. Selepas itu, kekuatan medan magnet secara beransur-ansur pulih kepada keadaan sebelum pemutusan. Analisis medan elektromagnet boleh memberikan data rujukan penting untuk rekabentuk dan pengoptimuman unit utama gelung terkawat gas mesra alam.

3.Analisis Keputusan Penyelidikan Mengenai Ciri Lengkungan dan Pemutusan
3.1 Analisis dan Pemprosesan Data Parameter Semasa Proses Lengkungan dan Pemutusan
Semasa ujian lengkungan dan pemutusan, parameter seperti arus, voltan, dan masa diukur secara berasingan untuk menganalisis ciri lengkungan dan pemutusan. Dalam pemprosesan data, kaedah statistik digunakan untuk mengira min, sisihan piawai, dan pekali variasi bagi setiap parameter.

① Data ujian lengkungan dianalisis dan diproses. Nilai purata arus lengkungan, voltan lengkungan, dan masa lengkungan masing-masing adalah 8.5 kA, 4.2 kV, dan 2.5 ms. Sisihan piawai dan pekali variasi juga dikira untuk memahami taburan dan kestabilan data ujian. Keputusan menunjukkan bahawa sisihan piawai arus lengkungan adalah 0.8 kA dengan pekali variasi 9.4%; sisihan piawai voltan lengkungan adalah 0.4 kV dengan pekali variasi 9.5%; dan sisihan piawai masa lengkungan adalah 0.2 ms dengan pekali variasi 8.0%. Ini menunjukkan bahawa data ujian lengkungan menunjukkan taburan yang agak stabil dan kebolehpercayaan yang tinggi.

② Data ujian pemutusan dianalisis dan diproses. Nilai purata arus pemutusan, voltan pemutusan, dan masa pemutusan masing-masing adalah 3.5 kA, 3.8 kV, dan 3.0 ms. Begitu juga, sisihan piawai dan pekali variasi dikira. Keputusan menunjukkan bahawa sisihan piawai arus pemutusan adalah 0.5 kA dengan pekali variasi 14.3%; sisihan piawai voltan pemutusan adalah 0.3 kV dengan pekali variasi 7.9%; dan sisihan piawai masa pemutusan adalah 0.1 ms dengan pekali variasi 4.4%. Ini menunjukkan bahawa data ujian pemutusan agak kurang stabil dan mempunyai kebolehpercayaan yang lebih rendah.

Berdasarkan analisis data di atas, dapat disimpulkan bahawa kebolehpercayaan data ujian lengkungan lebih tinggi daripada data ujian pemutusan, kemungkinan disebabkan oleh medan elektromagnet kompleks yang terlibat dalam proses pemutusan, yang perlu penyelidikan lanjut secara mendalam. Selain itu, hubungan antara ciri lengkungan dan pemutusan boleh diterokai lebih lanjut berdasarkan data ujian.

3.2 Analisis Hubungan Antara Ciri Lengkungan dan Pemutusan
Dengan menganalisis dan memproses parameter dari kedua-dua proses lengkungan dan pemutusan, hubungan antara ciri lengkungan dan pemutusan boleh dikaji lebih lanjut. Kedua-dua ciri lengkungan dan pemutusan adalah penunjuk prestasi utama unit utama gelung terkawat gas mesra alam, dan memahami hubungan salingan mereka boleh memberikan panduan berharga untuk rekabentuk dan pengoptimuman.

Dari perspektif ciri lengkungan dan pemutusan, parameter seperti arus, voltan, dan masa memberi kesan berbeza terhadap kedua-dua proses tersebut. Semasa lengkungan, arus lengkungan dan tempoh masa adalah parameter utama, manakala voltan juga mempunyai pengaruh tertentu. Sebaliknya, semasa pemutusan, arus pemutusan adalah parameter dominan, dengan masa dan voltan turut memainkan peranan. Oleh itu, apabila menganalisis hubungan antara ciri lengkungan dan pemutusan, parameter utama masing-masing harus dipertimbangkan secara berasingan.

Analisis data menunjukkan terdapat korelasi tertentu antara ciri lengkungan dan pemutusan:

• Peningkatan arus lengkungan dan voltan menyebabkan peningkatan hasil sampingan lengkungan dan penggunaan tenaga yang lebih besar semasa lengkungan, maka meningkatkan kesukaran pemutusan.

• Peningkatan arus pemutusan menghasilkan tenaga lengkungan yang lebih tinggi semasa pemutusan, yang juga meningkatkan kesukaran pemutusan.

Selanjutnya, analisis medan elektromagnet semasa lengkungan dan pemutusan menunjukkan bahawa medan elektromagnet memberi kesan besar terhadap kedua-dua proses tersebut. Semasa lengkungan, medan elektromagnet memberikan daya pemaksa yang menghadkan pencaran lengkungan. Semasa pemutusan, medan elektromagnet menjana daya tolakan yang menolak lengkungan keluar, mempengaruhi prestasi pemutusan.

Temuan ini menunjukkan bahawa ciri lengkungan dan pemutusan saling berkaitan, terutamanya dipengaruhi oleh parameter operasi utama mereka dan kesan medan elektromagnet. Oleh itu, dalam rekabentuk dan pengoptimuman unit utama gelung terkawat gas mesra alam, hubungan antara ciri lengkungan dan pemutusan harus dipertimbangkan secara komprehensif, dan rekabentuk harus disesuaikan dengan senario aplikasi tertentu untuk mencapai prestasi optimum.

4.Kesimpulan

Melalui kajian ciri lengkungan dan pemutusan unit utama gelung terkawat gas mesra alam, dapat disimpulkan bahawa ciri-ciri ini berbeza ketara daripada unit utama gelung terkawat tradisional berasaskan SF₆. RMU berasaskan gas mesra alam meletakkan keperluan yang lebih ketat terhadap parameter seperti arus, voltan, dan masa, yang memerlukan rekabentuk dan pengoptimuman yang lebih tepat. Selain itu, taburan medan elektromagnet semasa lengkungan dan pemutusan berbeza: semasa lengkungan, medan elektromagnet lebih terpusat dan kuat, manakala semasa pemutusan, ia lebih seragam.

Seiring dengan perkembangan aplikasi unit utama gelung terkawat gas mesra alam, penyelidikan pada masa depan mungkin difokuskan pada aspek-aspek berikut:

• Mengoptimumkan rekabentuk RMU gas mesra alam melalui analisis simulasi.

• Menyiasat ciri lengkungan dan pemutusan di bawah pelbagai keadaan operasi.

• Meneroka potensi aplikasi gas mesra alam baharu dalam unit utama gelung terkawat.

Kesimpulannya, dapatan kajian ini sangat penting untuk memajukan pembangunan dan pengoptimuman unit utama berongga gas yang mesra alam.