Istraživanje karakteristika lukovanja i prekida ekološki prihvatljivih gasnih izolovanih kružnih glavnih jedinica

Ekološki prijateljske gas-insulirane prsteve mreže (RMU) su važna oprema za raspodelu struje u električnim sistemima, sa karakteristikama ekoloških, prijateljskih prema okruženju i visokog nivoa pouzdanosti. Tijekom rada, karakteristike formiranja i prekida lukova značajno utiču na sigurnost ekološki prijateljskih gas-insuliranih RMU. Stoga, duboko istraživanje ovih aspekata ima veliku važnost za osiguranje sigurnog i stabilnog rada sistema snabdjevanja strujom. Cilj ovog članka je istražiti karakteristike formiranja i prekida lukova u ekološki prijateljskim gas-insuliranim RMU putem eksperimentalnih testiranja i analize podataka, istražujući njihove modele i karakteristike, sa ciljem da pruži teorijsku podršku i tehnička uputstva za istraživanje i razvoj takve opreme.

1.Istraživanje karakteristika formiranja luka u ekološki prijateljskim gas-insuliranim prstevima mreže

1.1 Osnovni koncepti i faktori uticaja ekološki prijateljskih gasova

Ekološki prijateljski gasovi odnose se na gasove koji ne iscrpljuju ozonski sloj. Uobičajeni primeri uključuju azot (N₂), suhu kompresovanu zrak (bez ulja i vlage) i specijalno formulirane nove gasove. Ekološki prijateljski gas-insulirani RMU nude prednosti poput prijateljstva prema okruženju, sigurnosti i pouzdanosti, stoga su široko korišćeni u sistemima snabdjevanja strujom. Istraživanje njihovih karakteristika formiranja luka zahteva razumevanje osnovnih koncepta i faktora uticaja ekološki prijateljskih gasova. 

Fizički i hemijski svojstva, molekularna struktura, temperatura, pritisak, vlažnost i drugi faktori svi utiču na izolacione performanse i ponašanje formiranja luka ovih gasova, što treba ispitati eksperimentalno. Pored toga, praktične izazove kao što su potrošnja gasa i reciklabilnost moraju biti rešeni. Stoga, duboko istraživanje osnovnih koncepta i faktora uticaja ekološki prijateljskih gasova je neophodno za istraživanje karakteristika formiranja luka u ekološki prijateljskim gas-insuliranim RMU.

1.2 Metode istraživanja i postavljanje testa za karakteristike formiranja luka

Istraživanje karakteristika formiranja luka zahteva uspostavljanje standardizovane metode testiranja i eksperimentalnog postavljanja. Metode testiranja obično uključuju elektrotehničko testiranje bazirano na fenomenima luka i hemijsku analizu. Postavljanje testa mora osigurati ponavljivost, tačnost i sigurnost, obično uključujući izvor visokog napona, komoru za luke, merila i sistem za prikupljanje podataka. Komora za luke je ključni element, simulira stvaran proces formiranja luka unutar ekološki prijateljskog gas-insuliranog RMU. Da bi se efektivno istražile karakteristike luka, postavljanje mora pružiti odgovarajuće nivo veze i struje i omogućiti stvarno-vremensko snimanje parametara poput napona luka, struje, trajanja i proizvoda. Potrebno je takođe implementirati dovoljne mere sigurnosti kako bi se sprečili nesrećni slučajevi tokom testiranja.

1.3 Testiranje i analiza struje, napona i trajanja luka
U studijama karakteristika luka, struja, napon i trajanje luka su ključni parametri. Struja luka odnosi se na intenzitet struje koja teče kroz regiju luka tijekom arkanja; napon luka je potencijalna razlika preko regije luka; a trajanje luka je vremenski interval od inicijacije do ugasevanja luka. Mere te struje, napona i trajanja luka zahtevaju specijalizovana merila poput generatora visokog napona, transformatora struje, transformatora napona i digitalnih osciloskopova. Eksperimentalno testiranje i prikupljanje podataka o ovim parametrima u ekološki prijateljskim gas-insuliranim RMU, zatim analiza podataka, pomažu u otkrivanju trendova i međusobnih odnosa, time dublje razumijevajući karakteristike formiranja luka i pružajući temeljne podatke za daljnja istraživanja.

1.4 Analiza produkata luka tijekom arkanja
Tijekom arkanja u ekološki prijateljskim gas-insuliranim RMU, generiše se razna supstanca, poput oksida, fluorida, hlorida i dima, koja mogu predstavljati opasnost za okruženje i zdravlje ljudi. Trenutno, koriste se dva glavna pristupa za analizu produkata luka: eksperimentalna analiza i numerička simulacija. Eksperimentalna analiza uključuje simulaciju procesa arkanja u laboratoriji, prikupljanje uzoraka produkata i izvršavanje hemijske analize kako bi se odredio spektar i koncentracija. Numerička simulacija koristi računarske modele kako bi se predvidjela distribucija produkata i putevi reakcija. 

Analitičke tehnike poput kromatografije, masenske spektroskopije i elektronske mikroskopije koriste se u eksperimentalnoj analizi. U numeričkoj simulaciji, metode poput metode konačnih elemenata i CFD (Računarska dinamika fluida) koriste se za modeliranje distribucije produkata i mehanizama hemijskih reakcija tijekom arkanja. Rezultati analize produkata poboljšavaju razumevanje hemijskih reakcija i pretvorbe energije tijekom arkanja, pružajući teorijsku i tehničku podršku za dizajn i primenu ekološki prijateljskih gas-insuliranih RMU, kao i referentne podatke za praćenje okruženja i sigurnost osoblja.

2. Istraživanje karakteristika prekida u ekološki prijateljskim gas-insuliranim prstevima mreže

2.1 Osnovni koncepti i faktori uticaja fenomena prekida
2.1.1 Metode testiranja prekida
Testiranje prekida je ključan korak u istraživanju karakteristika prekida ekološki prijateljskih gas-insuliranih RMU. Obično se vrši korišćenjem tradicionalnih eksperimentalnih metoda ili numeričke simulacije. Tradicionalne metode uključuju izgradnju platforme za testiranje prekida i variranje uslova testiranja (poput struje, napona) kako bi se promatralo ponašanje prekida i prikupljali eksperimentalni podaci. Numerička simulacija, s druge strane, koristi računarske modele kako bi simulirala fizičke fenomene tijekom prekida, omogućujući brzo generisanje velikih skupova podataka i predviđanje performansi prekida.

2.1.2 Test Setup
Da bi se proučavale karakteristike prekida, potrebno je dizajnirati i konstruisati posebnu testnu postavku za prekid. Ova postavka uključuje visokonaponski izvor struje, prekidačko opremu i merne instrumente. Visokonaponski izvor struje pruža energiju prekidačkom uređaju, koji obavlja stvarnu operaciju prekida, dok instrumenti merenjem i zapisivanjem karakteristika prekida.

2.1.3 Testiranje i analiza parametara karakteristika prekida
Istraživanje karakteristika prekida zahteva testiranje i analizu parametara kao što su struja, napon i vreme tokom procesa prekida. Ovi parametri su ključni pokazatelji za procenu performansi prekida. Struja i napon opisuju električno ponašanje tokom prekida, dok vreme odražava vremenske dinamike. Analizom ovih parametara otkrivaju se ključne informacije, kao što su trendovi promene struje i napona tokom prekida, trajanje prekida i ukupna performansa.

2.2 Metode istraživanja i testna postavka za karakteristike prekida
Zajedničke metode za proučavanje karakteristika prekida ekološki prihvatljivih gasnih izolovanih RMU-ova uključuju konvencionalne testove prekida i napredne numeričke simulacije. Konvencionalni testovi uključuju postavljanje prekidačke i opterećujuće opreme na testnom okviru, variranje parametara izvora struje (napon, struja itd.), promatrajući prelazne procese tokom prekida, i zapisivanje parametara poput struje, napona i vremena za obradu podataka i analizu. 

U poređenju sa konvencionalnim testovima, numeričke simulacije nude veću preciznost u modeliranju karakteristika prekida. Korišćenjem računarskih simulacija i modelovanja, numeričke metode rešavaju ključna fizička polja—poput električnog polja, magnetnog polja, temperature i toka—tokom prekida, uzimajući u obzir mnoge faktore, uključujući struju, napon, razmak između elektroda i temperaturu okruženja. Takođe, numeričke simulacije omogućavaju optimizaciju dizajna RMU-ova kroz podešavanje svojstava materijala i geometrijskih konfiguracija.
Za testnu postavku, visokonaponski DC izvori struje i visokosnažni kondenzatorski otpornici mogu pružiti potrebne visokonaponske i visokostrujne uslove. Visokobrzinske sisteme prikupljanja podataka i zapisivače koriste se za tačno uhvatanje parametara prekida. Da bi se osigurala ponovljivost i tačnost, testna postavka 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 deo proučavanja karakteristika prekida.
(1) Cilj testa: Da bi se shvatilo karakteristike prekida ekološki prihvatljivih gasnih izolovanih RMU-ova kroz testiranje i analizu struje, napona i vremena, procenila njihova performansa pod realnim radnim uslovima, i pružio temelj za upotrebu i poboljšanje opreme.
(2) Testna oprema: Digitalni ampermetri, transformatori napona, instrumenti za merenje vremena, osciloskop i sistemi prikupljanja podataka koriste se kako bi se osiguralo tačno merenje struje, napona i vremena tokom prekida.
(3) Postupci testiranja:

• Test struje prekida: Obaviti prekid pod standardnim testnim uslovima, zabeležiti talase struje i osigurati pravilnu vezu između testne opreme i RMU-ura. Meriti promene struje korišćenjem transformatora struje i digitalnih ampermetara.

• Test napona prekida: Slično tome, obaviti prekid pod standardnim uslovima, zabeležiti talase napona i meriti promene napona korišćenjem transformatora napona i digitalnih voltmetera.

• Test vremena prekida: Koristiti instrumente za merenje vremena kako bi se tačno zabeležio vremenski interval od početka do završetka operacije prekida.

• Test prelaznih procesa: Koristiti osciloskope i sisteme prikupljanja podataka kako bi se uhvatili prelazni talasi struje i napona tokom prekida za analizu prelaznih karakteristika.

(4) Zapisivanje i analiza podataka: Zabeležiti talase struje, talase napona, podatke o vremenu prekida i prelazne talase. Analizirati da li struja prekida zadovoljava inženjerske zahteve, da li napon prekida ispunjava specifikacije i da li vreme prekida zadovoljava kriterijume dizajna. Proceniti uticaj prelaznih procesa na performanse i stabilnost opreme. Kroz gornje detaljne postupke testiranja, kompleksna razmatranja svih relevantnih faktora osiguravaju tačno sakupljanje podataka i duboku analizu. Rezultati su prikazani u Tabeli 1.

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

Analizom tabele 1, mogu se izvući sledeći zaključci:

• Postoji određena veza između prekidnog struja i napona; opšte je da prekidna struja raste kako raste napon.

• Vreme prekida zavisi od oba parametra, struje i napona; što je struja veća i što je napon veći, to je vreme prekida kraće.

• Tokom testiranja, treba obratiti pažnju na kontrolu opsega struje i napona tokom prekida kako bi se spriječile netočnosti u rezultatima testiranja uzrokovane previsokim ili pretinjim vrijednostima. Takođe, treba uzeti u obzir i druge uticajne faktore, poput temperature i vlage okruženja.

2.4 Analiza elektromagnetskog polja tokom procesa prekida
Za analizu elektromagnetskog polja tokom procesa prekida ekoloških gasno-izolovanih kružnih jedinica, potrebno je postaviti probnu instalaciju za merenje i analizu elektromagnetskog polja. U eksperimentu može se postaviti sistem za merenje elektromagnetskog polja kako bi se ispitao i zabeležio elektromagnetski pol tokom procesa prekida, kao što je prikazano u tabeli 2.

Tabela 2: Analiza elektromagnetskog polja tokom procesa prekida

Analiza promena elektromagnetskog polja tokom procesa prekida na osnovu tabele 2 pokazuje da u trenutku prekida struja iznenada pada na nulu, a jačina magnetskog polja odgovarajuće brzo opada. Zatim se jačina magnetskog polja postepeno vraća u stanje pre prekida. Analiza elektromagnetskog polja može pružiti važne referentne podatke za dizajn i optimizaciju ekološki prijateljskih gasnih izolovanih kružnih glavnih jedinica.

3.Analiza rezultata istraživanja karakteristika lukovanja i prekida
3.1 Analiza i obrada parametara tokom procesa lukovanja i prekida
Tokom testova lukovanja i prekida, posebno su mereni parametri kao što su struja, napon i vreme kako bi se analizirale karakteristike lukovanja i prekida. U obradi podataka korišćene su statističke metode za izračunavanje srednje vrednosti, standardne devijacije i koeficijenta varijacije za svaki parametar.

① Podaci o testovima lukovanja su analizirani i obrađeni. Srednje vrednosti lukostruje, napona i vremena bile su redom 8,5 kA, 4,2 kV i 2,5 ms. Izračunate su takođe standardne devijacije i koeficijenti varijacije kako bi se shvatilo raspodela i stabilnost testnih podataka. Rezultati su pokazali da je standardna devijacija lukostruje bila 0,8 kA sa koeficijentom varijacije od 9,4%; standardna devijacija lukanapona bila je 0,4 kV sa koeficijentom varijacije od 9,5%; a standardna devijacija vremena lukovanja bila je 0,2 ms sa koeficijentom varijacije od 8,0%. To ukazuje na relativno stabilnu raspodelu i visoku pouzdanost podataka o testovima lukovanja.

② Podaci o testovima prekida su analizirani i obrađeni. Srednje vrednosti prekidne struje, napona i vremena bile su redom 3,5 kA, 3,8 kV i 3,0 ms. Na sličan način, izračunate su standardne devijacije i koeficijenti varijacije. Rezultati su pokazali da je standardna devijacija prekidne struje bila 0,5 kA sa koeficijentom varijacije od 14,3%; standardna devijacija prekidnog napona bila je 0,3 kV sa koeficijentom varijacije od 7,9%; a standardna devijacija vremena prekida bila je 0,1 ms sa koeficijentom varijacije od 4,4%. Ovo ukazuje da su podaci o testovima prekida relativno manje stabilni i imaju nižu pouzdanost.

Na osnovu gore navedene analize podataka, može se zaključiti da je pouzdanost podataka o testovima lukovanja veća nego podataka o testovima prekida, verovatno zbog složenih elektromagnetskih polja uključenih u proces prekida, što zahteva dalje detaljnije istraživanje. Takođe, odnos između karakteristika lukovanja i prekida može biti dalje ispitivan na osnovu testnih podataka.

3.2 Analiza odnosa između karakteristika lukovanja i prekida
Analizom i obradom parametara iz oba procesa, lukovanja i prekida, odnos između njihovih karakteristika može biti dalje ispitivan. Karakteristike lukovanja i prekida su ključni pokazatelji performansi ekološki prijateljskih gasnih izolovanih kružnih glavnih jedinica, a razumevanje njihovog međusobnog odnosa može pružiti dragocene smernice za dizajn i optimizaciju.

Sa aspekta karakteristika lukovanja i prekida, parametri poput struje, napona i vremena utiču na ta dva procesa na različite načine. Tokom lukovanja, lukostruja i trajanje su primarni parametri, dok napon takođe ima određeni uticaj. U suprotnosti, tokom prekida, prekidna struja je dominantni parametar, sa vremenom i naponom koji takođe igraju ulogu. Stoga, kada se analizira odnos između karakteristika lukovanja i prekida, moraju se posebno uzeti u obzir njihovi ključni parametri.

Analiza podataka pokazuje određenu korelaciju između karakteristika lukovanja i prekida:

• Povećanje lukostruje i napona dovodi do veće generacije proizvoda lukovanja i većeg potrošnog energije tokom lukovanja, čime se povećava težina prekida.

• Povećanje prekidne struje dovodi do veće energije luka tokom prekida, što takođe povećava težinu prekida.

Dodatno, analiza elektromagnetskog polja tokom lukovanja i prekida pokazuje da elektromagnetska polja značajno utiču na oba procesa. Tokom lukovanja, elektromagnetsko polje vrši ograničavajući uticaj koji ograničava difuziju luka. Tokom prekida, elektromagnetsko polje generiše odbojni silu koji goni luk vana, utičući na performanse prekida.

Ovi nalazi ukazuju da su karakteristike lukovanja i prekida međusobno povezane, uglavnom utiču njihovi ključni operativni parametri i efekti elektromagnetskog polja. Stoga, u dizajnu i optimizaciji ekološki prijateljskih gasnih izolovanih kružnih glavnih jedinica, odnos između karakteristika lukovanja i prekida treba komprehensivno uzeti u obzir, a dizajn treba prilagoditi specifičnim scenarijima upotrebe kako bi se dostigla optimalna performansa.

4.Zaključak

Kroz studiju karakteristika lukovanja i prekida ekološki prijateljskih gasnih izolovanih kružnih glavnih jedinica, može se zaključiti da se ove karakteristike značajno razlikuju od onih tradicionalnih SF₆ izolovanih kružnih glavnih jedinica. Ekološki prijateljske gasne izolovane RMU-e stavljanju strožih zahteva na parametre poput struje, napona i vremena, što zahteva precizniji dizajn i optimizaciju. Takođe, distribucija elektromagnetskog polja tokom lukovanja i prekida se razlikuje: tokom lukovanja, elektromagnetsko polje je koncentrisanije i intenzivnije, dok je tokom prekida ravnomernije.

Pošto se primena ekološki prijateljskih gasnih izolovanih kružnih glavnih jedinica nastavlja širiti, buduća istraživanja mogu se fokusirati na sledeće aspekte:

• Optimizacija dizajna ekološki prijateljskih gasnih izolovanih RMU-e putem simulacione analize.

• Istraživanje karakteristika lukovanja i prekida pod različitim uslovima rada.

• Ispitivanje primenjive potencijale novih ekološki prijateljskih gasova u izolovanim kružnim glavnim jedinicama.

U skraćenom obliku, ovi istraživački nalazi su izuzetno značajni za napredak i optimizaciju ekološki prihvatljivih gasno-izolovanih kolijevnih jedinica.