Učinke operacij GIS ločilnikov na sekundarno opremo

Vpliv operacij GIS odsejalk na sekundarno opremo in ukrepi za zmanjšanje

1.Vpliv operacij GIS odsejalk na sekundarno opremo
1.1 Učinki prehodnih pretokov napetosti
Med odpiranjem/zapiranjem odsejalk v plinskem izoliranem stikalo (GIS) se med kontakti ponavljajo požar in ugasanje, kar povzroča menjavo energije med induktivnostjo in kapacitivnostjo sistema, s čimer se ustvarijo preklopni pretoki napetosti, ki so 2–4-krat večji od imenske faze napetosti in trajo od desetinek mikrosekund do nekaj milisekund. Pri delovanju kratkih šin, kjer je hitrost gibanja kontakta odsejalke majhna in ne obstaja zmogljivost za ugasanje loka, nastopajo pojavi predudarja in ponovnega udarja, ki ustvarjajo Zelo Hitre Prehodne Pretokove Napetosti (ZHHPP).

ZHHPP se širijo skozi notranje vodiče in ohišja GIS. Na mestih nesporazuma impedanc (npr. pri izvodom, merilnih transformatorjih, koncnicah kabelov) se bodoče valovi odbojajo, lomijo in superponirajo, kar distancira oblike valov in povečuje vrhove ZHHPP. S strminimi frontami valov in vzponi v nanosekundah ZHHPP povzročajo prehodne pretokove napetosti na vhodih sekundarne opreme, kar ogroža občutljivo elektroniko. To lahko povzroči napačno delovanje zaščitnih rele in neupravičeno padanje ter moti visoko natančno obdelavo signalov in prenos podatkov. Dodatno pa ZHHPP generirana visokofrekvenčna elektromagnetska motnja (EMM) degradira komunikacijske module, poveča stopnjo bitnih napak ali povzroči izgubo podatkov, kar omogoča nadzor in upravljanje postaje.

1.2 Povišanje potenciala ohišja
S razširjanjem ultra visokih (UV) in extra visokih (EV) napetosti v Kitajski je elektromagnetska motnja zaradi operacij GIS odsejalk postala vedno bolj resna. Koaksialna struktura GIS, sestavljena iz notranjih aluminijevih/bivrežnih vodil in zunanjih aluminijevih/čelikastih ohišji, prikazuje odlično visokofrekvenčno prenosenje. Zaradi efekta kože visokofrekvenčni prehodni tokovi tečejo po zunanji površini vodila in notranji površini ohišja, kar običajno preprečuje iztekanje polja in ohranja ohišje pri potencialu tla v normalnih pogojih.

Ko pa ZHHPP-inducirani prehodni tokovi srečajo nesporazum impedanc (npr. pri izvodu ali koncnici kabela), se dogaja delni odboj in lom. Nekateri komponenti napetosti se povežejo med ohišjem in tlem, kar povzroči trenutno povišanje potenciala na drugače pripegnjenem ohišju. To ogroža varnost osebja in lahko degradira izolacijo med ohišjem in notranjimi vodili, pospešuje staranje materialov in zmanjšuje življenjsko dobo opreme. Poleg tega to povišan potencial širi skozi kable in povezane naprave v sekundarne sisteme, kar povzroči EMM, ki vodi do napačnega padanja, napak v podatkih ali celo notranjih odpadov - neposredno ogroža zanesljivost električnega sistema.

1.3 Elektromagnetska motnja (EMM)
V GIS postajah generirajo operacije odsejalk/preklopnikov in udari svetlobe prehodne elektromagnetske polja, ki vplivajo na sekundarne sisteme preko prenesenega in radiiranega prenosa.

• Prenesena motnja se pojavi preko merilnih transformatorjev in razlik v potencialu tla. ZHHPP se povežejo s primarnih na sekundarne krugove preko zaprtnih kapacitet in induktanc v transformatorjih. Tudi se vstrelijo v mrežo tla preko elektrod, s čimer se celotni potencial tla poviša in ustvari petlje tla, ki destabilizirajo sekundarno opremo.

• Radiirana motnja se pojavi, ko prehodna EM polja širijo skozi prostor, neposredno se povežejo s sekundarnimi kabeli in napravami. Električno polje se poveže s visokimi impedancnimi vozlišči, kar povzroča deformacijo signala ali lažno sproženje - posebej občutljivo na razdaljo, usmerjenost polja in geometrijo naprave. Magnetno polje inducira elektromotorni sile v krugih glede na zakon Faradayja; njegova težavnost je odvisna od moči polja, hitrosti spremembe in površine zanke.

1.4 Učinki mehanskih vibracij
Operacije odsejalk povzročajo mehanske vibracije zaradi udarja kontakta, trenja in elektromagnetskih sil med odpiranjem/zapiranjem. Hitro ločevanje med odpiranjem ali močno vključevanje med zapiranjem generira šokovne valove, ki vibrirajo GIS strukturo. Prenešenje skozi vezave in kolona še naprej širi vibracije do sosednje sekundarne opreme.

Te vibracije lahko poslabšajo mehanske priklope, degradirajo električne povezave, povečajo meritvene napake ali - v ekstremnih pogojih - povzročajo krajšanje. Dolgoročna izpostavljenost pospešuje staranje tako mehanskih kot elektronskih komponent, zmanjšuje življenjsko dobo opreme in kompromitira zanesljivost.

2.Ukrepi za zaščito sekundarne opreme
2.1 Optimizirana struktura GIS

• Izbira materialov: Uporaba SF₆ mešanic z višjo dielektrično trdoto; izbira materialov z nizkimi izgubami in visokim vodilnostjo (npr. Cu/Al) za ščit; optimizacija dolžine šin in kapacitance za znižanje amplitude ZHHPP.

• Strukturne izboljšave: Gladenje geometrij vodil in ščitov za zmanjšanje koncentracije električnega polja; izboljšanje dizajna podpore izolatorjev za enakomerno porazdelitev polja; implementacija kontrolirane hitrosti operacij odsejalk in dodajanje snubber krugov za absorpcijo prehodne energije.

• Kontrola vibracij: Namestitev hidravličnih amortizatorjev ali vijakov v operativnih mehanizmih; uporaba gumskih dušilcev med GIS in temelji; izboljšanje natančnosti površine kontakta za zmanjšanje udarnih sil.

2.2 Izboljšan ščit in pevljenje

• Zaščita: Vstavite občutljive sekundarne naprave (npr. releji, komunikacijske enote) v vodljive okvirje (galvanizirana jekla/aluinium) z zaprtimi šavmi. Uporabljajte zaščitene ali dvojno zaščitene kabelske s pravilnim zaključevanjem; uporabite filtrirane konektorje in mrežne zavese na ventilatorjih. Za kratke kable (<10 m) uporabite enotočkovno potiskanje; za daljše razdalje uporabite večtočkovno potiskanje, da zmanjšate inducirane napetosti.

• Potiskanje: Ohranjajte upornost potiskanja ≤4 Ω. V tleh z visokim upornostjo namestite povezane mreže za potiskanje z navpičnimi palicami. Za analogni krinke uporabite enotočkovno potiskanje in za digitalne/viško-frekvenčne sisteme večtočkovno potiskanje. Optimirajte postavitev mreže (npr. pravokotna mreža s križnimi elektrodami), da zagotovite ravnomerno razprševanje toka in nizke potencialne gradientne.

2.3 Filtriranje in združevanje tehnologij

• Filtriranje: Namestite filtre za električno omrežje na vhode sekundarnih naprav, da preprečite visoko-frekvenčni šum. Uporabite algoritme za digitalno filtriranje signalov, da izboljšate celovitost podatkov v komunikacijskih kanalih.

• Zaščita pred prekomernimi napetostmi: Namestite ZnO zaščitne naprave blizu sekundarnih naprav, da zadržite VFTO in preklopne prekomerne napetosti. Uporabite naprave za zaščito pred prekomernimi napetostmi (SPD) na signali in komunikacijskih linijah, da odvajate prehodno energijo v zemljo, kar zagotavlja stabilno prenos slabiških signalov.

2.4 Okrepitve sekundarnih naprav

• Zaščita strojne opreme: Okrepiti nosilce z deblejšo jeklenico in dodanimi utrdbami. Izolirajte opremo z gumenimi nosilci ali dvostopenjskimi vibracijskimi izolatorji. Fiksirajte PCB z deblejšimi podlagami, robovnimi fiksacijami in demping padci. Kritične komponente (npr. IC, releji) potopite v zaključevalne snovi ali elastične držalice, da preprečite razvijanje. Izogibajte se dolgim, tankim sledom, da zmanjšate tveganje za lomanje.

• Zaščita programske opreme: Uvedite kontrolne vsote in kode za popravljanje napak (ECC) za odkrivanje/praviljanje pokvarjenih podatkov. Vstavite ukaze "NOP" (brez operacije) v firmvaro, da omogočite obnovitev po preskokih programa, povzročenih EMI, s čimer preprečujete zastoji in izboljšujete odpornost sistema.

3.Zaključek
Temeljit razum o vplivu delovanja GIS ločilnikov na sekundarne naprave razkriva, da so temeljni strategiji za zmanjšanje ključne za zanesljivost omrežja. Med načrtovanjem, gradnjo in delovanjem električnih sistemov mora biti prednostna skrb elektromagnetna združljivost (EMC) med GIS in sekundarnimi sistemi. S kombinacijo strukturne optimizacije, trdne zaščite/potiskanja, naprednega filtriranja in okrepitve strojne/programske opreme je mogoče učinkovito zmanjšati negativne učinke prehodnih stanj, EMI in vibracij, ki jih povzročajo ločilniki – s tem zagotovimo varnejšo, bolj zanesljivo in odpornejšo dostavo električne energije.