Raziskava o značilnostih luknjanja in prekinitve v ekološko prijaznih plinsko izoletranih krožnih glavnicah

Ekološko prijazne plinsko izolirane kolobarne glavne enote (RMU) so pomembna oprema za distribucijo električne energije v električnih sistemih, ki se razlikujejo z zelenimi, okolju prijaznimi in visoko pouzrosnimi lastnostmi. V času delovanja veliko vpliva na varnost ekološko prijaznih plinsko izoliranih RMU-jev oblika in prekinjanje loka. Zato je globlji raziskov teh vidikov od velikega pomena za zagotavljanje varnega in stabilnega delovanja električnih sistemov. Ta članek se namenja raziskovanju oblike in prekinjanja loka v ekološko prijaznih plinsko izoliranih RMU-jih s pomočjo eksperimentalnih preskusov in analize podatkov, da bi razkrili njihove vzorce in značilnosti, s ciljem ponuditi teoretično podporo in tehnična smernica za razvoj take opreme.

1. Raziskovanje značilnosti oblike loka v ekološko prijaznih plinsko izoliranih kolobarnih glavnih enotah

1.1 Osnovni koncepti in dejavniki, ki vplivajo na ekološko prijazne pline

Ekološko prijazni plini so plini, ki ne uničujejo ozonskega plasti. Pogosti primeri takšnih plinov so dušik (N₂), suha stisnjeni zraka (brez olja in vlage) in posebno formulirani novi plini. Ekološko prijazne plinsko izolirane RMU-je imajo prednosti, kot so okoljska prijaznost, varnost in pouzrosnost, zaradi česar so široko uporabljene v električnih sistemih. Za razumevanje značilnosti oblike loka moramo poznati osnovne koncepte in dejavnike, ki vplivajo na ekološko prijazne pline. 

Fizične in kemijske lastnosti, molekularna struktura, temperatura, tlak, vlaga in drugi faktorji vplivajo na izolacijske zmožnosti in oblikovanje loka teh plinov, kar je potrebno raziskati eksperimentalno. Poleg tega je treba rešiti praktične izzive, kot so poraba plina in možnost recikliranja. Zato je temeljito raziskovanje osnovnih konceptov in dejavnikov, ki vplivajo na ekološko prijazne pline, ključno za raziskovanje značilnosti oblike loka v ekološko prijaznih plinsko izoliranih RMU-jih.

1.2 Metode raziskovanja in poskusna postavitev za značilnosti oblike loka

Raziskovanje značilnosti oblike loka zahteva ustanovitev standardizirane metode preskušanja in eksperimentalne postavitve. Metode preskušanja običajno vključujejo električno preskušanje, temelječe na pojavih loka, in kemijska analiza. Poskusna postavitev mora zagotavljati ponovljivost, natančnost in varnost, običajno sestavljena iz virov visokih napetosti, lokalne komore, merilnih instrumentov in sistema za zajem podatkov. Lokalna komora je ključni element, ki simulira dejanski proces oblikovanja loka znotraj ekološko prijazne plinsko izolirane RMU-je. Za učinkovito raziskovanje značilnosti loka mora postavitev omogočiti ustrezne ravni napetosti in toka ter omogočiti hiter zapis parametrov, kot so napetost loka, tok, trajanje in blaginski proizvodi. Prav tako je potrebno uvesti zadostne varnostne ukrepe, da bi se preprečile nesreče med preskušanjem.

1.3 Preskušanje in analiza toka, napetosti in trajanja loka
Pri raziskovanju značilnosti loka so ključni parametri tok, napetost in trajanje loka. Tok loka se nanaša na velikost toka, ki teče skozi območje loka med arčenjem; napetost loka je potencialna razlika na območju loka; trajanje loka pa je časovni interval od nastanka do izumrtva loka. Merjenje teh parametrov zahteva specializirana orodja, kot so generatorji visokih napetosti, transformatorji toka, transformatorji napetosti in digitalni osciloskop. Eksperimentalno preskušanje in zbiranje podatkov o teh parametrov v ekološko prijaznih plinsko izoliranih RMU-jih, sledi analiza podatkov, pomaga razkriti trende in povezave, s tem globlje razumevanje značilnosti oblike loka in ponuja osnovne podatke za nadaljnje raziskovanje.

1.4 Analiza blaginskih proizvodov med arčenjem
V času arčenja v ekološko prijaznih plinsko izoliranih RMU-jih se generirajo različni blaginski proizvodi, kot so oksidi, fluoridi, hlorigi in dim, ki lahko predstavljajo nevarnost za okolje in zdravje ljudi. Trenutno se za analizo blaginskih proizvodov uporabljata dva glavna pristopa: eksperimentalna analiza in numerična simulacija. Eksperimentalna analiza vključuje simulacijo procesa arčenja v laboratoriju, zbiranje vzorcev blaginskih proizvodov in izvedbo kemijske analize za določitev vrst in koncentracij. Numerična simulacija uporablja računalniške modele za napovedovanje porazdelitve blaginskih proizvodov in reaktivnih poti. 

Analitične tehnike, kot so kromatografija, masna spektrometrija in elektronska mikroskopija, se uporabljajo v eksperimentalni analizi. Pri numerični simulaciji se uporabljajo metode, kot so metoda končnih elementov in CFD (računalniško fluiddinamika), za modeliranje porazdelitve blaginskih proizvodov in kemijskih reaktivnih mehanizmov med arčenjem. Rezultati analize blaginskih proizvodov poglobljeno razumevanje kemijskih reakcij in pretvorbe energije med arčenjem, ponujajo teoretična in tehnična podpora za oblikovanje in uporabo ekološko prijaznih plinsko izoliranih RMU-jev, kot tudi referenčne podatke za okoljsko nadzor in varnost osebja.

2. Raziskovanje značilnosti prekinjanja v ekološko prijaznih plinsko izoliranih kolobarnih glavnih enotah

2.1 Osnovni koncepti in dejavniki, ki vplivajo na pojav prekinjanja
2.1.1 Metode preskušanja prekinjanja
Preskušanje prekinjanja je ključen korak pri raziskovanju značilnosti prekinjanja ekološko prijaznih plinsko izoliranih RMU-jev. Običajno se izvaja s konvencionalnimi eksperimentalnimi metodami ali s numerično simulacijo. Konvencionalne metode vključujejo gradnjo platforme za preskušanje prekinjanja in spreminjanje pogojev preskušanja (npr. tok, napetost) za opazovanje obnašanja prekinjanja in zbiranje eksperimentalnih podatkov. Numerična simulacija pa uporablja računalniške modele za simulacijo fizikalnih pojavov med prekinjanjem, omogoča hitro generiranje velikih naborov podatkov in napovedovanje zmogljivosti prekinjanja.

2.1.2 Izgradba testnega postaja
Za študij prekinitvenih lastnosti je treba poseben testni postaj izgraditi in oblikovati. Ta postaj vključuje visokonapetostni vir napetosti, preklopnike in merilne pripomočke. Visokonapetostni vir napetosti zagotavlja energijo preklopnemu napravi, ki opravlja dejanska prekinitvena dejanja, medtem ko pripomočki merijo in zapisujejo prekinitvene lastnosti.

2.1.3 Merjenje in analiza parametrov prekinitvenih lastnosti
Raziskave prekinitvenih lastnosti zahtevajo merjenje in analiza parametrov, kot so tok, napetost in čas med prekinitvenim procesom. Ti parametri so ključni kazalniki za ocenitev prekinitvenega ravnanja. Tok in napetost opisujeta električno vedenje med prekinitvijo, medtem ko čas odraža časovne dinamike. Analiza teh parametrov razkriva kritične informacije, kot so variacijske trendi prekinitvenega toka in napetosti, trajanje prekinitve in splošna učinkovitost.

2.2 Raziskovalne metode in izgradba testnega postaja za prekinitvene lastnosti
Običajne metode za študij prekinitvenih lastnosti ekološko prijaznih gas-insuliranih RMU-jev vključujejo konvencionalna prekinitvena preskušanja in napredne numerične simulacije. Konvencionalna preskušanja vključujejo izgradbo preklopnikov in opterežilnih naprav v testnem okviru, spreminjanje parametrov vira (napetost, tok itd.), opazovanje prehodnih procesov med prekinitvijo in zapis parametrov, kot so tok, napetost in čas, za obravnavo in analiza podatkov. 

V primerjavi s konvencionalnimi preskušanji ponujajo numerične simulacije večjo natančnost pri modeliranju prekinitvenih lastnosti. S pomočjo računalniških simulacij in modeliranja numerične metode rešejo ključna fizična polja—kot so električno polje, magnetno polje, temperaturno polje in polje pretoka—med prekinitvijo, pri tem pa upoštevajo več faktorjev, vključno s tokom, napetostjo, razmikom elektrod in okoljsko temperaturo. Poleg tega omogočajo numerične simulacije optimizacijo oblikovanja RMU-jev z nastavljivostjo materialnih lastnosti in geometrijskih konfiguracij.
Za izgradbo testnega postaja lahko visokonapetostni DC viri napetosti in močni kondenzatorski razpodbijalni enote zagotovita potrebne visokonapetostne in visokotokovne pogoje. Hitro delujoče sistemi za zajem podatkov in zapisovalniki se uporabljajo za točno zajem prekinitvenih parametrov. Za zagotovitev ponovljivosti in natančnosti mora biti testni postaj kalibriran in validiran.

2.3 Preskušanje in analiza prekinitvenega toka, napetosti in časa
Preskušanje in analiza prekinitvenega toka, napetosti in časa je ključni del študija prekinitvenih lastnosti.
(1) Cilj preskušanja: Da bi razumeli prekinitvene lastnosti ekološko prijaznih gas-insuliranih RMU-jev z preskušanjem in analiziranjem prekinitvenega toka, napetosti in časa, ocenili njihovo ravnanje v realnih delovnih pogojih in priskrnila osnova za uporabo in izboljšanje opreme.
(2) Preskusna oprema: Digitalni ampermetri, transformatorji napetosti, časomeri, osciloskopi in sistemi za zajem podatkov se uporabljajo za zagotovitev točnega meritve toka, napetosti in časa med prekinitvijo.
(3) Postopek preskušanja:

• Preskušanje prekinitvenega toka: Izvedite prekinitva v standardnih preskusnih pogojih, zabeležite valovode toka in zagotovite pravilno povezavo med preskusno opremo in RMU-jem. Merite variacije toka z uporabo transformatorjev toka in digitalnih ampermetrov.

• Preskušanje prekinitvene napetosti: Podobno, izvedite prekinitva v standardnih pogojih, zabeležite valovode napetosti in merite spremembe napetosti z uporabo transformatorjev napetosti in digitalnih voltmetrov.

• Preskušanje prekinitvenega časa: Uporabite časomerje, da točno zabeležite časovni interval od začetka do konca prekinitvenega operacije.

• Preskušanje prehodnih procesov: Uporabite osciloskope in sisteme za zajem podatkov, da zajamete prehodne valovode toka in napetosti med prekinitvijo za analizu prehodnih lastnosti.

(4) Zapis in analiza podatkov: Zabeležite valovode toka, valovode napetosti, podatke o prekinitvenem času in prehodne valovode. Analizirajte, ali prekinitveni tok ustrezata inženirskim zahtevam, ali prekinitvena napetost skladu s specifikacijami in ali prekinitveni čas zadostuje za projektna kriterija. Ocenite vpliv prehodnih procesov na učinkovitost in stabilnost opreme. Skozi zgornje podrobne preskusne postopke, celosten pristop k vsem relevantnim faktorjem zagotovi točno zbiranje podatkov in globoko analiza. Rezultati so prikazani v Tabeli 1.

Tabela 1: Preskušanje in analiza parametrov toka, napetosti in časa

Iz analize tabele 1 se lahko zaključi naslednje:

• Obstaja določena povezanost med prekinitvenim tokom in napetostjo; na splošno se prekinitveni tok poveča s povečevanjem napetosti.

• Čas prekinitev je odvisen od toka in napetosti; če so tok in napetost višji, je čas prekinitev krajši.

• Med testiranjem je treba pozornost posvetiti kontroli obsega toka in napetosti med prekinitev, da se izognemo natančnosti rezultatov testiranja, ki bi jih povzročile previsoke ali pretiske vrednosti. Poleg tega je treba upoštevati tudi druge dejavnike, kot so okoljska temperatura in vlaga.

2.4 Analiza elektromagnetnega polja med postopkom prekinitev
Za analizo elektromagnetnega polja med postopkom prekinitev ekološki prijaznih plinsko izoletranih kolobarjnih glavnic je potrebno ustanoviti testno opremo za merjenje in analizo elektromagnetnega polja. V eksperimentu lahko namestimo sistem za merjenje elektromagnetnega polja, da bomo testirali in beležili elektromagnetno polje med postopkom prekinitev, kot je prikazano v tabeli 2.

Tabela 2: Analiza elektromagnetnega polja med postopkom prekinitev

Analiza variacij elektromagnetskega polja med postopkom prekiničenja na podlagi Tabele 2 razkriva, da pri trenutku prekiničenja tok nenadoma pada na nič, kar se odraža tudi v nenadnem padcu moči magnetnega polja. Nato se moč magnetnega polja počasi vrača na stanje pred prekiničenjem. Analiza elektromagnetskga polja lahko zagotovi pomembne referenčne podatke za načrtovanje in optimizacijo ekoloških plinsko izoliranih kolobarjnih glavnic.

3.Analiza rezultatov raziskav o značilnostih luknjeneče in prekiničenja
3.1 Analiza in obdelava parametrov med postopki luknjeneča in prekiničenja
V času testiranja luknjeneča in prekiničenja so posebej meritve toka, napetosti in časa opravljene, da bi bile analizirane značilnosti luknjeneča in prekiničenja. Pri obdelavi podatkov so bili uporabljeni statistični metodi za izračun povprečja, standardnega odklona in koeficienta variacije za vsak parameter.

① Podatki o testiranju luknjeneča so bili analizirani in obdelani. Povprečne vrednosti toka, napetosti in časa luknjeneča so bile 8,5 kA, 4,2 kV in 2,5 ms, tako da je bil izračunan tudi standardni odklon in koeficient variacije, da bi se bolje razumela distribucija in stabilnost testnih podatkov. Rezultati kažejo, da je standardni odklon toka luknjeneča znašal 0,8 kA s koeficientom variacije 9,4%; standardni odklon napetosti luknjeneča znašal 0,4 kV s koeficientom variacije 9,5%; in standardni odklon časa luknjeneča znašal 0,2 ms s koeficientom variacije 8,0%. To pomeni, da so testni podatki o luknjeneču prikazali relativno stabilno distribucijo in visoko zanesljivost.

② Podatki o testiranju prekiničenja so bili analizirani in obdelani. Povprečne vrednosti toka, napetosti in časa prekiničenja so bile 3,5 kA, 3,8 kV in 3,0 ms, tako da je bil izračunan tudi standardni odklon in koeficient variacije. Rezultati kažejo, da je standardni odklon toka prekiničenja znašal 0,5 kA s koeficientom variacije 14,3%; standardni odklon napetosti prekiničenja znašal 0,3 kV s koeficientom variacije 7,9%; in standardni odklon časa prekiničenja znašal 0,1 ms s koeficientom variacije 4,4%. To nakazuje, da so testni podatki o prekiničenju relativno manj stabilni in imajo nižja zanesljivost.

Na podlagi zgornje analize podatkov se lahko sklepi, da so podatki o testiranju luknjeneča zanesljivejši kot podatki o testiranju prekiničenja, morda zaradi zapletenih elektromagnetskih polj, ki so prisotni v postopku prekiničenja, kar zahteva dodatna podrobna raziskovanja. Poleg tega lahko na podlagi testnih podatkov nadalje proučujemo povezavo med značilnostmi luknjeneča in prekiničenja.

3.2 Analiza povezave med značilnostmi luknjeneča in prekiničenja
Z analizo in obdelavo parametrov iz obeh postopkov, luknjeneča in prekiničenja, se lahko nadalje proučujejo povezave med značilnostmi luknjeneča in prekiničenja. Obe značilnosti sta ključna kazalnika zmogljivosti ekoloških plinsko izoliranih kolobarjnih glavnic, in razumevanje njunega vzajemnega odnosa lahko zagotovi dragocene smernice za načrtovanje in optimizacijo.

Iz perspektive značilnosti luknjeneča in prekiničenja parametri, kot so tok, napetost in čas, vplivajo na obe procesa na različne načine. Med luknjenečem so glavni parametri tok luknjeneča in trajanje, dokler ima napetost tudi določen vpliv. V nasprotju s tem, med prekiničenjem je dominantni parameter tok prekiničenja, dokler igrajo čas in napetost tudi svoja vloga. Zato, ko se analizira povezava med značilnostmi luknjeneča in prekiničenja, morajo biti ločeno upoštevani njihovi ključni parametri.

Analiza podatkov kaže na določena korelacijo med značilnostmi luknjeneča in prekiničenja:

• Povečanje toka in napetosti luknjeneča vodi do večje generacije produktov luka in večje porabe energije med luknjenečem, kar povečuje težavnost prekiničenja.

• Povečanje toka prekiničenja vodi do višje luke energije med prekiničenjem, kar tudi povečuje težavnost prekiničenja.

Dodatno, analiza elektromagnetskega polja med luknjenečem in prekiničenjem razkriva, da elektromagnetska polja zelo vplivajo na obe procesa. Med luknjenečem elektromagnetsko polje izvaja ovrednoten sil, ki omejuje difuzijo luka. Med prekiničenjem pa elektromagnetsko polje generira odpornost, ki goni luk ven, kar vpliva na zmogljivost prekiničenja.

Ti ugotovitvi kažejo, da so značilnosti luknjeneča in prekiničenja povezani, predvsem vplivajo njihovi ključni operativni parametri in učinki elektromagnetskega polja. Zato, pri načrtovanju in optimizaciji ekoloških plinsko izoliranih kolobarjnih glavnic, mora biti v celoti upoštevana povezava med značilnostmi luknjeneča in prekiničenja, ter morajo biti načrtovalni pristopi prilagojeni specifičnim uporabniškim scenarjim, da bi se dosegle optimalne zmogljivosti.

4.Zaključek

S studijem značilnosti luknjeneča in prekiničenja ekoloških plinsko izoliranih kolobarjnih glavnic, se lahko sklepi, da se ti znaki bistveno razlikujejo od značilnosti tradicionalnih SF₆ izoliranih kolobarjnih glavnic. Ekološke plinsko izolirane RMUji zahtevajo strožje zahteve glede parametrov, kot so tok, napetost in čas, kar zahteva natančnejše načrtovanje in optimizacijo. Dodatno, distribucija elektromagnetskega polja med luknjenečem in prekiničenjem se razlikuje: med luknjenečem je elektromagnetsko polje bolj koncentrirano in intenzivno, medtem ko je med prekiničenjem bolj enakomerno.

Ko se širjenje uporabe ekoloških plinsko izoliranih kolobarjnih glavnic nadaljuje, se bodo prihodnje raziskave morda osredotočile na naslednje vidike:

• Optimizacija načrta ekoloških plinsko izoliranih RMUjev preko simulacijske analize.

• Raziskovanje značilnosti luknjeneča in prekiničenja v različnih delovnih pogoji.

• Raziskovanje potencialne uporabe novih ekoloških plinov v izoliranih kolobarjnih glavnicah.

Zaključno lahko rečemo, da so ti raziskovalni ugotovitve velikega pomena za napredek in optimizacijo ekološko prijaznih plinsko izoletranih krožnih naprav.