Rakennusturvallisuuden muuntaja-maajäähdytys suojauskäsiteknologian analyysi

Tällä hetkellä Kiina on saavuttanut tiettyjä saavutuksia tällä alalla. Aiheeseen liittyvä kirjallisuus on suunnitellut tyypillisiä maanvirtasuojausmäärityksiä ydinvoimaloiden matalajännitysjakaumajärjestelmille. Pohjautuen kotimaisten ja kansainvälisten tapausten analyysiin, joissa ydinvoimaloiden matalajännitysjakaumajärjestelmien maavirheet ovat aiheuttaneet muuntimien nollasekvenssiaseman vääräksi toimimisen, on tunnistettu syiden taustalla olevat tekijät. Lisäksi on esitetty ehdotuksia maanvirtasuojaustoimenpiteiden parantamiseksi ydinvoimaloiden apuvirtalaitoksissa näiden tyypillisten määritysten pohjalta.

Aiheeseen liittyvä kirjallisuus on tutkinut eron virtauksen ja rajoitusvirtauksen vaihtelumalleja, ja laskemalla eron virtauksen ja rajoitusvirtauksen suhteen, on suoritettu kvantitatiivinen analyysi päämuuntimen suhteellisen eron suojauskyvylle tällaisissa virhetilanteissa.

Kuitenkin edellä mainitut menetelmät kohtaavat edelleen monia ongelmia, jotka tarvitsevat kiireellistä ratkaisua. Esimerkiksi liian suuri maaraja, epäasianmukainen maamenetelmän valinta ja riittämättömät salama- ja maasuojatoimet – nämä kaikki voivat johtaa muuntimien vahingoittumiseen ja jopa turvallisuusongelmiin. Siksi on tarpeen tehdä syvällisempää tutkimusta ja analyysia muuntimien maansuojateknologioista rakennustöissä, sisällyttäen uusimmat tutkimustulokset ja teknologiset kehitykset.

Tämän tutkimuksen avulla voidaan paitsi parantaa muuntimien maansuojateknologian teoreettista tasoa, myös tarjota käytännöllisiä ja toteuttamiskelpoisia ratkaisuja ja toimenpiteitä todellisille rakennushankkeille. Toivotaan, että tämä tutkimus houkuttelee enemmän huomiota ja painotusta akateemikoilta muuntimien maansuojateknologioissa rakennustöissä, yhdessä edistäen tällä alalla.

1 Muuntimen maamenetelmän määrittely

Perinteinen muuntimen neutraalin pisteen suora maayhdistys voi tietyissä olosuhteissa aiheuttaa liian suuria lyhyysvirtoja, mikä voi vahingoittaa laitteita. Siksi on ehdotettu neutraalin pisteen matalaresistansein maayhdistystä. Neutraalin pisteen matalaresistansein maayhdistys on tehokas muuntimen maamenetelmä, jossa saavutetaan muuntimen maavirran tehokas hallinta yhdistämällä matala vastus muuntimen neutraalin pisteeseen ja maahan. Tämä maayhdistysmenetelmä voi säännellä maavirran suuruutta, vähentää salaman ja ylikannan vaikutusta muuntimiin, parantaa toiminnan vakautta, rajoittaa lyhyysvirtoja ja vähentää laitevahingojen riskiä.

Erityisesti, kun toteutetaan neutraalin pisteen matalaresistansein maayhdistystä muuntimille rakennustöissä, ensimmäinen askel on määritellä sopiva maarajan arvo. Ohmin lain mukaan maarajan arvo on kääntäen verrannollinen maavirtaan ja maajännitteeseen. Siksi, kun valitaan neutraalin pisteen matalaresistansein maayhdistyksen maarajan arvo, on ensin määriteltävä vastusarvo, jonka laskukaava on seuraava:

Kaavassa R₀ edustaa maarajaimen vastusarvoa; U₀ edustaa rakennustyöjen sähköjärjestelmän keskimääräistä nimijännitettä; I₀ edustaa virtaa, joka kulkee neutraalin pisteen vastuksen läpi. Kaavan (1) perusteella lasketun arvon mukaan tulisi valita sopiva maarajan arvo, joka voi tehokkaasti rajoittaa lyhyysvirran samalla välttäen liiallista vaikutusta muuntimeen.

Seuraavaksi on määriteltävä parametreja, kuten maajohtimen poikkileikka-ala ja materiaali. Maajohtimen materiaalin on myös oltava hyvin johtava ja korroosionkestävä varmistaakseen sen käyttöikä ja luotettavuuden. Tämä tutkimus harkitsee kokonaisvaltaisesti muuntimien maayhdistyksen todellisia olosuhteita rakennustöissä ja valitsee tinattu kupari maajohtimen materiaaliksi – materiaali, jolla on hyvä johtavuus, kätevä asennus ja vahva korrosiopuolustus, mikä täysin vastaa neutraalin pisteen matalaresistansein maayhdistyksen vaatimuksia.

Maajohtimen poikkileikka-ala vaikuttaa suoraan sen vastusarvoon, mikä puolestaan vaikuttaa maavirtaan. Siksi sopiva maajohtimen poikkileikka-ala valitaan seuraavan kaavan perusteella:

Kaavassa S edustaa maajohtimen poikkileikka-alaa neutraalin pisteen matalaresistansein maayhdistyksessä; η edustaa suhteellista kerrointa neutraalin pisteen maarajan ja muuntimen maarajan välillä; T edustaa maajohtimen sallittua lämpötilan nousua. Lopuksi on määriteltävä maapistoradion upottamisy syvyys. Varmistaakseen maapistoradian vakauden kovissa olosuhteissa, sen upottamissy syvyys pitäisi ylittää rakennustyöpaikan pakkanenkerroksen paksuuden, mikä yhteensä takaa maajärjestelmän luotettavuuden ja turvallisuuden.

Yhteenvetona, muuntimien maayhdistyksen toteuttamisessa rakennustöissä käytetään neutraalin pisteen matalaresistansein maayhdistystä, jossa maaparametrit, kuten vastusarvo, maajohtimen poikkileikka-ala, materiaalin valinta ja maapistoradin upottamissy syvyys, on asetettu järkevästi, tarjoten vankan perustan muuntimien vakaudelle rakennustyöissä.

2 Muuntimen maansuojalaitteen suunnittelu

Edellä mainitun mukaan rakennustiloissa käytetään muuntajan maastoitus suojaus teknologiassa neutraalin pisteen matalaresistanssin maastoitusmenetelmää. Tämä maastoitusmenetelmä pääasiassa hallitsee tehokkaasti muuntajan maajohdevirtaa matalalla vastuksella. Muuntimessa voi ilmetä erilaisia vikoja, joista yleisin on yhden vaiheen maavirtavika. Yhden vaiheen maavirtavika tarkoittaa lyhytkuttauksen muuntimen yhden vaiheen kympin ja maan välillä, kun taas kaksi muuta vaihetta jatkaa normaalisti toimintaa. Tämä vika aiheuttaa muuntimen neutraalipisteen potentiaalin muutoksen, mikä johtaa kolmivaiheisen sähkövirran epätasapainoon. Tämän ominaisuuden hyödyntämällä esitetään suojauksen lähestymistapa, joka perustuu muuntimien kolmivaiheisen sähkövirran epätasapainoon:

Ensimmäinen on nollasekvenssi I -suojus, jonka asetuslaskenta kaava on seuraava:

Kaavassa I₁ edustaa rakennustiloissa olevien muuntimien nollasekvenssisuojauksen toiminnan virta-arvoa; γ₁ edustaa luotettavuuskerrointa; γ₂ edustaa nollasekvenssikertoimia; I₂ edustaa rakennustiloissa olevien muuntimien naapuriosien nollasekvenssisuojauksen toiminnan virta-arvoa. Nollasekvenssi I -suojauksen virta-arvon laskemisen jälkeen kaavan (3) mukaan, I-suojausosan toiminta-aika on yleensä noin 0.5 sekuntia pidempi kuin seuraavan tason nollasekvenssisuojauksen toiminta-aika.

Seuraavana on nollasekvenssi II -suojus. Sen suojauksen virta-arvon laskenta kaava on sama kuin nollasekvenssi I -suojauksen, eli suojavirta saadaan myös kaavan (3) mukaan, mutta toiminta-aika on erilainen, vaativan noin 0.3 sekunnin lisäystä nollasekvenssi I -suojauksen toiminta-ajasta.

Lopuksi on nollasekvenssijännitesuojus. Kattavasti ottaen huomioon, että rakennustiloissa olevissa muuntimissa yhden vaiheen maavirtavirheiden aikana neutraalipiste voi menettää luonnollisen herkkytensä, nollasekvenssijännitesuojauksen toiminta-jännite on oltava alhaisempi kuin maksimijännite, joka ilmenee suojauksen asennuspisteessä yhden vaiheen maavirtavirheiden aikana. Nollasekvenssijännitesuojauksen jännitearvo määritetään pääasiassa seuraavan kaavan mukaan:

Kaavassa U₁ edustaa nollasekvenssijännitesuojauksen toiminta-jännitettä; U₂ edustaa kolmen toissisäkympin nimittäjäjännitettä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että täydellisen kolmivaiheisen sähkövirran epätasapainon suojauksen toteuttamiseksi tarvitaan sarja monimutkaisia laskentatoimia, mukaan lukien nollasekvenssi I, nollasekvenssi II ja nollasekvenssijännitesuojauksen laskenta kaavat. Nämä kaavojen johdanto ja soveltaminen auttavat määrittämään tarkemmin yhden vaiheen maavirtavirheiden tyypin ja vakavuuden rakennustiloissa. Tämä suojauksen lähestymistapa ei ainoastaan nopeasti paikannu ja eristy ne maavirtavirheet, mutta myös vähentää maavirtavirheiden aiheuttamien sähkökatkoksiin liittyvien tapahtumien todennäköisyyttä. Samalla neutraalin pisteen matalaresistanssin maastoitusmenetelmän kanssa muodostuu kattava maastoitus suojaus rakenne rakennustiloissa oleville muuntimille, tarjoten vahvan suojauksen muuntimien turvalliseen toimintaan.

3 Kokeellinen analyysi

Varmistaaksemme edellä mainitun muuntimen maastoitus suojaus tekniikan tehokkuuden rakennustiloissa, tässä kappaleessa käytetään sähköjärjestelmän simulointiohjelmaa PowerFactory muuntimen maastoitus suojaus simulointikokeisiin. Ensiksi simulointiohjelmassa luodaan rakennuselektroniikkajärjestelmän malli, joka sisältää pääasiassa muuntimet, korkean ja matalan jännitteen linjat, kuormat ja muut laitteet. Taulukko 1 esittää kokeellisen muuntimen mallin ja parametrisuuntelineen.

Muuntamisen tietty rakenne on näkyvissä kuvassa 1.

Sitten suoritettiin muuntaman maan yhdistämisen suojalaitteiden simulointikokeita käyttäen kolmea erilaista maayhdistämismenetelmää: neutraalipisteen matalaresistanssin maayhdistäminen, neutraalipisteen korkearesistanssin maayhdistäminen ja neutraalipisteen maayhdistäminen kaasunpoisto-kierroksella. Maayhdistämismenetelmien asettamisessa neutraalipisteen matalaresistanssin maayhdistämismenetelmälle valittiin pienellä vastuolla varustettu vastus, joka asetettiin 0,5 Ω:ksi, simuloimaan matalaresistanssin vaikutusta; neutraalipisteen korkearesistanssin maayhdistämismenetelmälle valittiin suurella vastuulla varustettu vastus, joka asetettiin 10 Ω:ksi, simuloimaan korkearesistanssin ominaisuuksia.

Koettaessa simuloitiin muuntamon maajännite-nykytasoja yksivaiheisissa maavirheissä. Virheen sijainti asetettiin muuntamon pohjapiirin yhden vaiheen keskipisteeseen, virhevastuuna 100 Ω, simuloimaan maavirheen aikana olevaa maavastusta. Virhesimuloinnin aikana käytettiin korkeaa näytilukua varustettua datan keräämisjärjestelmää maajännite-nykydatan tallentamiseen, näytiluku asetettiin 1000 kertaa sekunnissa varmistaakseen maajännite-nykyn vähäisten muutosten havaitsemisen.

Lisäksi virheen hetken maajännite-nykyarvon lisäksi asetettiin useita ajanhetkiä, mukaan lukien 0,1 s, 0,5 s, 1 s, 5 s ja 10 s virheen jälkeen, havaitsemaan maajännite-nykyn muutoksia eri ajanhetkinä. Välttääksesi satunnaisuutta kokeen tuloksissa, maajännite-nykydataa kirjattiin 10 kertaa, ottaen keskiarvoksi lopullisen kokeen tuloksen. Kuvassa 2 on esitetty vertailu muuntamon maan yhdistämisen suojalaitteiden vaikutuksista eri maayhdistämismenetelmissä.

Kuten kuvassa 2 näkyy, simulointianalyysi vertasi muuntamon maajännite-nykyominaisuuksia yksivaiheisissa virheissä neutraalipisteen matalaresistanssin maayhdistämismenetelmällä, korkearesistanssin maayhdistämismenetelmällä ja kaasunpoisto-kierroksen maayhdistämismenetelmällä. Tulokset osoittavat, että yksivaiheisessa maavirheessä muuntamoissa maajännite-nyky neutraalipisteen matalaresistanssin maayhdistämismenetelmällä on huomattavasti suurempi kuin neutraalipisteen korkearesistanssin ja neutraalipisteen kaasunpoisto-kierroksen maayhdistämismenetelmillä.

Suunnitellun maan yhdistämisen suojalaitteen avulla muuntamon keskimääräinen maajännite-nyky oli 70,11 A, mikä on 43,44 A ja 21,62 A enemmän verrattuna kontrolliryhmän teknologioihin. Tämä auttaa vähentämään virheen sijainnin kaasun voimakkuutta ja nopeuttaa virheen itsekorjaamiskykyä. Siksi suunniteltu maan yhdistämisen suojalaitteet ovat toteuttamiskelpoisia ja luotettavia, sopivia käytettäväksi muuntamoiden yksivaiheisiin maavirheisiin, tehokkaasti suojelemassa muuntamoiden toiminnallista turvallisuutta rakennustyömailla.

4. Johtopäätös

Rakennustyömailla käytettävien muuntamoiden maan yhdistämisen suojalaitteiden tekniikassa ehdotetaan nollajärjestyksen ylipuskurisuojalaitteita neutraalipisteen matalaresistanssin maayhdistämismenetelmällä. Vertailukokeiden kautta on todistettu suunnitellun maan yhdistämisen suojalaitteiden etulyöntiasemaa muuntamoiden yksivaiheisiin virheisiin. Vaikka joitakin tutkimustuloksia on saavutettu, on edelleen tietyt rajoitukset. Esimerkiksi koeolosuhteet ja datanäytteet eivät ehkä ole riittävän laajat, joten tarvitaan lisää vahvistusta päätelmien yleisyydestä.

Tulevaisuuden tutkimuksen voisi keskittyä seuraaviin alueisiin: ensiksi, koealueiden laajentaminen ja datanäytteiden lisääminen parantamaan päätelmien tarkkuutta ja yleisyyttä; toiseksi, muiden suojalaitteiden ja tekniikoiden syvempään tutkimiseen löytääksesi tehokkaampia ja luotettavampia muuntamoiden maan yhdistämisen suojalaitteita; viimeiseksi, kehittää parempia suorituskykyisiä suojalaitteita ja järjestelmiä käytännön insinöörityösovellusten yhteydessä.