GIS-lülitaja toimingute mõju analüüs sekundaarsele varustusele

GIS-lülitaja toimimise mõju teislindele ja vähendamismeetmed

1.GIS-lülitaja toimimise mõju teislindele
1.1 Üleminevate ülevoolte mõju
Gaasi-isolatsiooniga lülitustehnika (GIS) lülitajate avamisel/sulgemisel korduvad plahvatuselöökimine ja -kärmus kontaktide vahel põhjustavad energiavahetust süsteemi induktiivsuse ja kapatsiitvuse vahel, mis tekitab lülitamise ülevoolte, mille suurus on 2–4 korda suurem kui niminaalne faasipinge ja kestus ulatub kümnendtekade mikrosekundidest mitmeteni millisekundi. Lühikeste busbaridega töötamisel, kus lülitaja kontaktide kiirus on aeglane ja ei ole plahvatuskahvatu võime, tekivad eelplahvatuste ja uuele plahvatuse fenomenid, mis tekitavad väga kiireid ülevoolte (VFTO).

VFTO levivad GIS sisemiste juhtjate ja kere kaudu. Impedantsi tõrkekohtades (nt. bušingid, mõõdetransformatood, kaablikinnitused) liiguvad lained peegelduvad, prääksuvad ja kattuvad, voolavate lainete vorm muutub ja VFTO tipud suurenevad. Tippidega ja nanosekundite skaala tõusuaegade korral tekitavad VFTO ajutisi pingevoolu teislinde sisendsel, ohustades tundlikke elektronikaseadmeid. See võib põhjustada kaitserelaidude valetoimimist – näiteks ebaõigustatud lülitumist – ja häirida kõrge täpsusega signaalide töötlemist ja andmete edastamist. Lisaks, VFTO-st tuleneva kõrgetaajuusliku elektromagnetilise häire (EMI) degradoob kommunikatsioonimooduleid, suurendades bittide veafrekventsust või põhjustades andmete kadumist, nii et alamjaama jälgimis- ja juhtfunktsioonid heaneksid.

1.2 Kerepinge tõus
Kuna Hiina laiendab oma ülispinge (UHV) ja erapinge (EHV) võrkkeid, on saanud GIS-lülitajate toimimisest tulenev elektromagnetiline häire aina tõsisemaks. GIS koaksiaalne struktuur, mis koosneb sisealustest allumiiniumi/vaski juhtidest ja välisalustest allumiiniumi/terase kerest, näitab häid kõrgetaajuusliku edastamise omadusi. Nahkede efekt tõttu liiguvad kõrgetaajuuslikud ajutised voolud juhi välismürgi ja kere sisemürgi kaudu, tavaliselt takistades väljavoolu ja hoides kere maapinge tasemel normaalsetes tingimustes.

Kuid kui VFTO-st tulenevad ajutised voolud kohtuvad impedantsi tõrkekohtadega (nt. bušingites või kaabikinnitustes), toimuvad osalised peegeldumine ja prääksuvus. Mõned pingecomponendid kombineeruvad kere ja maa vahel, tekitades hetkelise pinge tõusu tavaliselt maapinnal olevale kerel. See ohustab inimeste turvalisust ja võib halvendada kere ja sisejuhtide vahelist isolatsiooni, kiirendades materjali vananemist ja lühendades seadme eluaja. Lisaks levib see tõstunud pinge kaabite ja ühendatud seadmete kaudu teislinnadele, tekitades EMI, mis põhjustab ebatõhusat lülitumist, andmete vigu või isegi sisenemist – ohtlikult ohustades elektrivõrgu usaldusväärsust.

1.3 Elektromagnetiline häire (EMI)
GIS-alamjaamates genereerivad lülitajate/lülituste toimingud ja salvestikute tabamised ajutisi elektromagnetilisi väljasid, mis mõjutavad teislinnu läbi viidava ja leviva koppelmise.

• Läbib häire tekkib mõõdetransformatooride ja maapinge erinevuste kaudu. VFTO siduvad esmane ja teisline tsirkuitide kaudu transformatoorides oleva kõrbe kapatsiitvuse ja induktiivsuse kaudu. Nad süttivad ka maandusvõrgu kaudu, tõstab terve maapinge ja loob maatsoonid, mis destabiliseerivad teislinde.

• Levik Häire tekkib, kui ajutised EM väljad levivad ruumi kaudu, koppelides otse teislinna kaabide ja seadmetesse. Elektriväljak koppelmine mõjutab kõrgetimpedantsi node, põhjustades signaali voolakut või ebatõhusat käivitamist – eriti tundlikud on kauguse, väljaku orientatsiooni ja seadme geomeetria suhtes. Magnetväli koppelmine induktseerib Faraday seaduse järgi tsirkuitide tsüklites elektromootorset jõudu; tema rasketus sõltub väljakulu, muutumiskiirusest ja tsükli pindalast.

1.4 Mehaaniliste vibratsioonide mõju
Lülitajate toimimine tekitab mehaanilisi vibratsioone kontaktide mõju, mahutuse ja elektromagnetiliste jõudude tõttu lülitamise ja sulgemise ajal. Kiire lahutamine avamisel või jõuline lülitumine sulgemisel tekitab šokilained, mis vibratsioonide tekitamiseks GIS struktuuri. Levik linkide ja tahupurgi kaudu levitab vibratsioone lähedaste teislinnadele.

Sellised vibratsioonid võivad lööda lahti mehaanilisi vastendeid, halvendada elektrilisi ühendusi, suurendada mõõtmisvigu või – äärmuslikes tingimustes – põhjustada lühikeseid tsükleid. Pikaajaline ekspositsioon kiirendab nii mehaaniliste kui ka elektroniliste komponentide vananemist, lühendades seadme eluaja ja ohustades usaldusväärsust.

2.Toislinna kaitseks vähendamismeetmed
2.1 Optimeeritud GIS struktuuri disain

• Materjalivalik: Kasutage kõrgema dielektrilise tugevusega SF₆ segusid; valige madalate kahjudega, kõrgele joondusvõimega materjalid (nt. Cu/Al) ekraaniks; optimeerige busbaride pikkus ja kapatsiitvus, et vähendada VFTO amplituudi.

• Struktuurilised parandused: Sujuja juhtide ja ekraanide geomeetria, et vähendada elektrivälja koncentreerumist; parandage izolatori toetuse disain, et tagada ühtlane välja jaotus; rakendage kontrollitud lülitajate toimimiskiiruseid ja lisage snubber tsirkuid, et absorbereerida ajutised energia.

• Vibratsioonide kontroll: Installige hüdraulilised bufferid või vedelikud toimimismeetodites; kasutage kummilisi dempeereid GIS-i ja fundamentide vahel; parandage kontakti pinnase täpsust, et minimeerida mõjujõud.

2.2 Parandatud ekraanimine ja maandumine

• Kaitsmine: Kausta tundlikud teiseastmelised seadmed (nt relaadid, sideüksused) juhtivusesse kasti (tsinkneeritud teras/vaakum) kinnitatud naarmiga. Kasutage kaitsme või topeltkaitsmega kaabeid õigete lõpetusega; kasutage filtreeritud ühendusi ja ruudustikukatte ventilatsiooniluukidel. Lühikeste kaablite (<10 m) puhul kasutage ühepunktilist maandamist; pikemate joontega kasutage mitmepunktilist maandamist selleks, et vähendada induktiivsete pingete tekkimist.

• Maandamine: Hoidke maandamispinge ≤4 Ω. Kõrge vastupanuvõtlikkusega maapindadel kasutage sidusaid maavõrkudega vertikaalsete tiibade abil. Analoogringide puhul kasutage ühepunktilist maandamist ja digitaalsete/kõrgete sageduste süsteemide puhul mitmepunktilist maandamist. Optimeerige võrgu paigutust (nt ristkülikuva ruudustik ristlaskontaktidega), et tagada ühtlane voolaja levikut ja madal potentsiaalne gradiend.

2.3 Filtreerimis- ja takistustehnoloogiad

• Filtrid: Installige voolujoonifiltrid teiseastmeliste seadmete sisendi juures, et blokeerida kõrge sagedusega müra. Rakendage digitaalsete signaalide filtrimisalgoritme, et parandada andmete täielikkust sidekanalites.

• Põhjajõu kaitse: Paigaldage ZnO-arrestorid teiseastmeliste seadmete lähedale, et piirata VFTOsid ja lülitiimpulsse. Kasutage signaal- ja sidejoonte peal surge'i kaitse seadmeid (SPD), et suuna transiente energia maapinna poole, tagades stabiilse nõrga signaali edastamise.

2.4 Tugevdatud teiseastmeliste seadmete kaitse

• Riistvara kaitse: Tugevdage paigaldusbrakteid paksusemaga terasest ja lisage liivad. Eraldi seadmet kasutades kummipaatide või kaheastmeliste viillemiskaitseainetega. Kinnitage PCB-d paksusemate aluspindadega, servakinnitused ja dempfimispaatidega. Pottige kriitilised komponendid (nt IC-d, relaadid) kapsuleeringutes või elastsetes hoidlastes, et vältida löökimist. Vältige pikki, õhukeid järskeid, et vähendada murdumise riski.

• Tarkvara kaitse: Rakendage kontrollsumme ja veakorrektsioonikodeid (ECC) andmekorruputsiooni tuvastamiseks ja parandamiseks. Lisage firmware's "NOP" (no-operation) käsklusi, et lubada taastumist EMI poolt põhjustatud programmeerimisel, vältides lukustumist ja parandades süsteemi paindlikkust.

3.Järeldus
GIS eraldusseadmete toimingu mõju teiseastmeliste seadmete suhtes on oluline, et täielikud leevendamismeetodid oleksid hädavajalikud võrgu usaldusväärsuse tagamiseks. Elektroenergiakomplekside disaini, ehitamise ja töötamise ajal tuleb prioriteediks seada GIS-i ja teiseastmeliste süsteemide elektromagnetiline ühilduvus (EMC). Struktuurilise optimeerimise, tugeva kaitse/maandamise, edasijõuliste filtreerimiste ja riistvara/tarkvara kaitse integreerimise kaudu saab efektiivselt vähendada eraldusseadmete poolt tekitatud lülitusimpulside, EMI ja viillemise negatiivseid mõjusid - tagades ohutuma, usaldusväärsemad ja paindlikumad elektri edastamise lahendused.