Uchambuzi wa Teknolojia ya Msaada wa Kimatatafi ya Trafomu katika Maeneo ya Kujenga

Tanzania sasa imefikia maendeleo fulani katika eneo hili. Maandiko yaliyotenganishwa yameundesha mikakati ya msingi za ukurasa wa matatizo ya kufuliza chini katika mfumo wa kusambaza umeme wa chini katika viwanja vya nyuklia. Kulingana na tathmini ya misaalio ya nchi yetu na za nje ambayo zimekuwa na matatizo ya kufuliza chini katika mfumo wa kusambaza umeme wa chini viwanja vya nyuklia zinazoweza kusababisha matumizi bila mkazo wa usalama wa zero-sequence kwa transformers, sababu muhimu zimepewa. Pia, mapendekezo ya kuboresha mikakati za ukurasa wa matatizo ya kufuliza chini katika mfumo wa nguvu msaada wa viwanja vya nyuklia yameletwa kwa kutumia mikakati hii za msingi.

Maandiko yaliyotenganishwa yamekutana kuhusu mabadiliko ya kasi ya tofauti na kasi ya kujitegemea, na kupitia hesabu ya uwiano kati ya kasi ya tofauti na kasi ya kujitegemea, ulichukua tathmini ya ufanisi wa usalama wa transformer ratio differential protection katika hali hii za matatizo.

Hata hivyo, mifano iliyotajwa hapa bado yanakubalika na matatizo mengi ambayo yanahitaji suluhisho mara moja. Kama vile, upungufu wa kiwango cha resistance cha kufuliza chini, uchaguzi mbaya wa njia za kufuliza chini, na upungufu wa matumizi ya kufuliza chini dhidi ya majini—matatizo haya yote yanaweza kusababisha matatizo ya transformers na hata kuleta majanga ya usalama. Kwa hiyo, ni lazima kufanya utafiti zaidi na tathmini ya teknolojia za ukurasa wa matatizo ya kufuliza chini katika transformers katika mahali pa kujenga, kuhusu matokeo ya utafiti ya hivi karibuni na maendeleo ya teknolojia.

Kwa kutumia utafiti huu, si tu teori ya teknolojia ya ukurasa wa matatizo ya kufuliza chini inaweza kuboreshwa, lakini pia suluhisho na matumizi halisi na yenye uwezekano wanaweza kupewa kwa mipango ya kujenga yasiyofanikiwa. Tumaini ni kwamba utafiti huu atarudia machanganyiko zaidi na wito kutoka kwa wanasayansi juu ya teknolojia za ukurasa wa matatizo ya kufuliza chini katika transformers katika mahali pa kujenga, kusaidia kuboresha maendeleo ya eneo hili.

1 Uamuzi wa Njia za Kufuliza Chini Transformers

Njia ya zamani ya kufuliza chini pointi ya neutral ya transformers moja kwa moja inaweza kusababisha kasi ya tofauti za kasi ya tofauti katika masharti fulani, kusababisha vifaa vijipoteze. Kwa hiyo, njia ya kufuliza chini pointi ya neutral ya resistance ndogo imeletwa. Kufuliza chini pointi ya neutral ya resistance ndogo ni njia sahihi ya kufuliza chini transformers ambayo hutumia kuongeza resistance ndogo kati ya pointi ya neutral ya transformers na dunia ili kusimamia kasi ya kufuliza chini transformers. Njia hii inaweza kusaidia kugawa kasi ya kufuliza chini na kupunguza athari ya majini na overvoltage kwa transformers, kutoa ustabilishaji wa matumizi, na pia kusimamia kasi ya tofauti na kupunguza hatari ya vifaa kujipoteza.

Kwa undani, wakati kufuliza chini transformers katika mahali pa kujenga kwa kutumia njia ya kufuliza chini pointi ya neutral ya resistance ndogo, hatua ya kwanza ni kuchagua thamani sahihi ya resistance ya kufuliza chini. Kulingana na sheria ya Ohm, thamani ya resistance ya kufuliza chini ni kinyume kwa kasi ya kufuliza chini na voltage ya kufuliza chini. Kwa hiyo, wakati kuchagua thamani ya resistance ya kufuliza chini kwa njia ya kufuliza chini pointi ya neutral ya resistance ndogo, lazima kwanza kuchagua thamani ya resistance, na hesabu inaweza kutumika kama ifuatavyo:

Katika hesabu, R₀ inamaanisha thamani ya resistance ya grounding resistor; U₀ inamaanisha wastani wa rated voltage wa mfumo wa umeme katika mahali pa kujenga; I₀ inamaanisha kasi inayopita kwenye grounding resistor. Kulingana na hesabu katika formula (1), inapaswa kuchagua thamani sahihi ya grounding resistance ambayo inaweza kusimamia kasi ya tofauti na kuzuia athari kubwa kwa transformers.

Ijayo ni kuchagua vipengele kama vile area ya cross-sectional na material ya grounding wire. Material ya grounding wire lazima iwe na ufanisi mzuri wa kusambaza umeme na ufunguo mzuri wa corrosion ili kuhakikisha umri wake na ulimwengu wake. Utafiti huu unachukua kwa undani mazingira halisi za kufuliza chini transformers katika mahali pa kujenga na anachagua grounding conductor wa tinned copper wire—material una ufanisi mzuri wa kusambaza umeme, rahisi kusambaza, na uwezo mzuri wa kuzuia corrosion, ambayo inakidhi mahitaji ya njia ya kufuliza chini pointi ya neutral ya resistance ndogo.

Area ya cross-sectional ya grounding wire inaweza kusababisha thamani ya resistance, ambayo inaweza kusababisha kasi ya kufuliza chini. Kwa hiyo, area sahihi ya cross-sectional ya grounding wire inachaguliwa kulingana na hesabu ifuatavyo:

Katika hesabu, S inamaanisha area ya cross-sectional ya grounding wire kwenye njia ya kufuliza chini pointi ya neutral ya resistance ndogo; η inamaanisha kiasi cha uwiano kati ya resistance ya kufuliza chini pointi ya neutral na resistance ya kufuliza chini transformers; T inamaanisha temperature rise inayoruhusiwa kwa grounding wire. Mwishowe, inapaswa kuchagua umbali wa grounding electrode. Kuhakikisha uzalishaji mzuri wa grounding electrode katika mazingira magumu, umbali wake lazima awe zaidi kuliko thickness ya frozen soil layer katika mahali pa kujenga, kutoa ustawi mzuri wa reliability na safety ya grounding system.

Kwa mujibu, wakati kufuliza chini transformers katika mahali pa kujenga, njia ya kufuliza chini pointi ya neutral ya resistance ndogo inachukuliwa, na settings sahihi za parameters za kufuliza chini kama vile thamani ya resistance, area ya cross-sectional ya grounding wire, chaguzi ya material, na umbali wa grounding electrode, inapewa msingi mzuri wa ustabilishaji wa transformers wakati wa kujenga.

2 Muktadha ya Kutengeneza Mikakati ya Ukurasa wa Matatizo ya Kufuliza Chini Transformers

Kulingana na maelezo yaliyotajwa huko juu, mtiririko wa upimaji wenye upimaji chache kama njia ya kupimania upimaji wa muujiza wa transforma katika viwanja vya kujenga. Njia hii ya kupimania inaweza kudhibiti kwa ufanisi upepo wa upimania wa transforma kwa kutumia upimaji chache. Mabadiliko mengi yanaweza kutokea wakati transforma anafanya kazi, na ambayo zinazofanikiwa zaidi ni matatizo ya upimania wa kitamaduni moja. Matatizo ya upimania ya kitamaduni moja yanamaanisha kuwa pamoja na upimania wa kitamaduni moja la transforma na ardhi, na vitamaduni vingine vinaendelea kufanya kazi vizuri. Hili litatoa mabadiliko katika uwezo wa upimania wa transforma, kusababisha ushindani wa umeme wa vitamaduni tatu. Kutumia sifa hii, imewasilishwa mpango wa uzalishaji wa huduma wa kuzuia ushindani wa umeme wa vitamaduni tatu:

Ya kwanza ni uzalishaji wa sehemu I ya zero-sequence, na hesabu yake ya kutayarisha ni kama ifuatavyo:

Katika hesabu, I₁ inamaanisha thamani ya umeme wa kutoka kwa uzalishaji wa zero-sequence wa transforma katika viwanja vya kujenga; γ₁ inamaanisha kifano cha ulimwengu; γ₂ inamaanisha kifano cha sekta ya zero-sequence; I₂ inamaanisha thamani ya umeme wa kutoka kwa uzalishaji wa zero-sequence wa vipengele vilivyokaribu kwa transforma katika viwanja vya kujenga. Baada ya kutayarisha thamani ya umeme kwa ajili ya uzalishaji wa sehemu I ya zero-sequence kutumia hesabu (3), muda wa kutoka kwa uzalishaji wa sehemu I unatumika kuwa karibu asubuhi za minuta 0.5 zaidi ya muda wa kutoka kwa uzalishaji wa zero-sequence wa kiwango cha chini.

Inayofuata ni uzalishaji wa sehemu II ya zero-sequence. Hesabu yake ya kutayarisha thamani ya umeme ni sawa na ya uzalishaji wa sehemu I ya zero-sequence, maana umeme wa uzalishaji unapopatikana kutumia hesabu (3), lakini muda wa kutoka kwa uzalishaji una tofauti, unahitaji kuongezeka kwa asubuhi za minuta 0.3 zaidi ya muda wa kutoka kwa uzalishaji wa sehemu I ya zero-sequence.

Hivyo basi, kuna uzalishaji wa umeme wa zero-sequence. Kuzingatia kwa ujumla kwamba wakati ya matatizo ya upimania ya kitamaduni moja kwa transforma katika viwanja vya kujenga, chini cha upimania linalohitajika linaweza kupoteza uwepo wake wa asili, umeme wa kutoka kwa uzalishaji wa umeme wa zero-sequence lazima uwe chini ya umeme wa zero-sequence wa juu unaoonekana kwenye eneo la kutayarisha uzalishaji wakati wa matatizo ya upimania ya kitamaduni moja. Thamani ya umeme wa uzalishaji wa umeme wa zero-sequence inatumika kwa ujumla kutumia hesabu ifuatavyo:

Katika hesabu, U₁ inamaanisha umeme wa kutoka kwa uzalishaji wa umeme wa zero-sequence; U₂ inamaanisha umeme wa juu wa nyimbo tatu za sekondari.

Kwa ujumla, ili kukagua mpango mzima wa uzalishaji wa ushindani wa umeme wa vitamaduni tatu, hutahitaji hesabu ngumu nyingi, ikiwa ni hesabu za kutayarisha uzalishaji wa sehemu I ya zero-sequence, sehemu II ya zero-sequence, na uzalishaji wa umeme wa zero-sequence. Uchambuzi na utumiaji wa hesabu hizo wataweza kusaidia kuchukua hatua zaidi ya kupata aina na ukali wa matatizo ya upimania ya kitamaduni moja katika viwanja vya kujenga. Mpango wa uzalishaji huu unaweza si tu kufungua na kusema kwa undani matatizo ya upimania, bali pia kurekebisha ubora wa matukio ya upimania ya umeme kutokujiriwa kwa matatizo ya upimania. Pia, kwa kutumia njia ya kupimania upimaji chache, tunaweza kujenga msingi mzima wa uzalishaji wa upimania wa transforma katika viwanja vya kujenga, kutoa uzalishaji mkubwa wa kutosha kwa ufanyikazi salama wa transforma.

3 Tahlil ya majaribio

Ili kuhakikisha umuhimu wa teknolojia hii ya uzalishaji wa upimania wa transforma katika viwanja vya kujenga, sura hii itatumia programu ya utaratibu wa nishati PowerFactory kutenda majaribio ya kutathmini uzalishaji wa upimania wa transforma. Kwanza, modeli ya mfumo wa umeme wa majengo imeundwa katika programu ya utaratibu, ambayo inajumuisha transforma, mitaro ya juu na chini, mizigo, na vyombo vingine. Jadro 1 kinachukua modeli na viwango vya transforma ya majaribio.

Mfano wa muundo wa transformer unavyopewa kwenye Ramani 1.

Kisha, mazoezi ya utambuzi wa usalama wa kimondo kwa transformer zilifanyika kutumia mitambo tofauti tatu ya kimondo: kimondo chache cha upande wa upinzani, kimondo kiwango cha upande wa upinzani, na kimondo cha upande wa upinzani kwa kutumia mtujo wa kupunguza magoti. Wakati wa kuweka mitambo ya kimondo, kwa njia ya kimondo chache cha upande wa upinzani, resistor ambaye una uwiano ndogo ulichaguliwa, kusimamiwa kuwa 0.5 Ω, ili kutaja athari ya kimondo chache; kwa njia ya kimondo kiwango cha upande wa upinzani, resistor ambaye una uwiano mkubwa ulichaguliwa, kusimamiwa kuwa 10 Ω, ili kutaja sifa za kimondo kiwango.

Wakati wa mazoezi, viwango vya umeme wa kimondo wa transformer kati ya magonjwa ya upande moja vilipanuliwa. Eneo la magonjwa lilikuwa limetengenezwa kwenye pembeni wa mstari mmoja wa upande wa chini wa transformer, na resistance ya magonjwa iliyowekwa kuwa 100 Ω ili kutaja resistance ya kimondo wakati wa magonjwa. Katika mchakato wa kutaja magonjwa, mifumo miavu ya kukusanya data yenye uzito wa sampling mkubwa ziliandaliwa ili kuripoti data ya umeme wa kimondo, na ufanisi wa sampling uliyowekwa kuwa mara 1000 kila dakika ili kuhakikisha kukusanya mabadiliko madogo ya umeme wa kimondo.

Zaidi ya kukusanya thamani ya umeme wa kimondo wakati wa magonjwa, vipindi virudi vingine vilivyoweza kusimamiwa vilikuwa 0.1 s, 0.5 s, 1 s, 5 s, na 10 s baada ya magonjwa ili kutathmini mabadiliko ya umeme wa kimondo katika vipindi virudavyo. Ili kukata gharama ya mazoezi, data ya umeme wa kimondo ziliripotiwa mara 10, na wastawa aliyewekeza kuwa matokeo mafanikio ya mazoezi. Ramani 2 inatoa taarifa ya mtaani ya athari za usalama wa kimondo kwa njia mbalimbali.

Kama inavyonekana kwenye Ramani 2, utambuzi ulionyesha mizizi ya umeme wa kimondo kwa transformers kati ya magonjwa ya upande moja kwa njia tofauti za kimondo chache, kimondo kiwango, na mtujo wa kupunguza magoti. Matokeo yanayotangaza, wakati wa magonjwa ya upande moja, umeme wa kimondo kwa njia ya kimondo chache ni zaidi sana kuliko kwa njia ya kimondo kiwango na njia ya mtujo wa kupunguza magoti. 

Chini ya teknolojia ya usalama ya kimondo iliyoundwa, wastawa wa umeme wa kimondo wa transformer alikuwa 70.11 A, ambayo ni ongezeko la 43.44 A na 21.62 A kwa teknolojia ya kikundi cha kawaida. Hii inasaidia kupunguza nguvu ya magoti kwenye eneo la magonjwa na kukusanya ubunifu wa kujitunza. Basi, teknolojia iliyoundwa ya usalama ya kimondo ni inapatikana na imara, inayofaa kwa matumizi halisi katika magonjwa ya upande moja ya transformers, ikisaidia kuhifadhi usalama wa matumizi ya transformers kwenye maeneo ya kujenga.

4. Muhtasara

Teknolojia ya usalama ya kimondo kwa transformers katika maeneo ya kujenga inapendekeza mwongozo wa usalama wa umeme wa ukosefu wa msingi kulingana na njia ya kimondo chache. Kwa kutumia mazoezi ya mtaani, ubora wa teknolojia iliyoundwa ya usalama ya kimondo kwa ufunguo muhimu wa magonjwa ya upande moja ya transformers imepatikana. Ingawa mapenzi mengi yamepewa, bado kuna hatari fulani. Kwa mfano, masharti ya mazoezi na sampuli za data zinaweza si kuwa kamili, kuhitaji ubora wa matokeo.

Utafiti wa baadaye anaweza kutumaini sehemu ifuatayo: kwanza, kuongeza udiede wa mazoezi na sampuli za data ili kuimarisha uwepo na uratibu wa matokeo; pili, kutathmini mwongozo wengine na teknolojia ili kutafuta njia zaidi zenye ubora na imara za usalama wa kimondo kwa transformers; mwishoni, kutengeneza vifaa na mifumo vinavyotumika zaidi kwa kushirikiana na matumizi ya kazi.