Analiza uticaja operacija GIS prekidnika na sekundarnu opremu

Утицај операција GIS одвојача на второстепено опрему и мере за смањење

1. Утицај операција GIS одвојача на второстепену опрему
1.1 Ефекти преходних превишених напона
Током отварања/затварања гасно-изолованог прекидача (GIS) одвојача, поновљено возбуждање и угашање лукова између контаката доводи до размене енергије између индуктивности и капацитивности система, што ствара превишени напони приликом прекидања са величинама 2–4 пута већим од номиналног фазног напона и трајањем од десетак микросекунди до неколико милисекунди. При раду на кратким баричним системима—где је брзина контаката спора и не постоји могућност угашања лукова—предудари и повторни удари производе Веома Брзе Преходне Превишених Напона (VFTO).

VFTO-ови се шире кроз унутрашње GIS проводнике и оболице. На несагласицама импеданса (на пример, чављи, мерни трансформатори, крајње делови кабела), ходни таласи се одбијају, рефрактирају и надовезују, искривљујући формат таласа и повећавајући врховне вредности VFTO. Са стрмим фронтима таласа и временским периодима пораста у наносекундама, VFTO-ови индуцирају преходне напонске таласе на улазима второстепене опреме, ризикујући оштећењем осетљивих електронских компоненти. Ово може довести до нетачног рада заштитних релеја—покрећући неоправдано искочење—и преривање високо-тачног процесирања сигнала и преноса података. Додатно, VFTO-генерисани високо-фреквентни електромагнетски смешури (EMI) смањују перформансе комуникационих модула, повећавајући стопу грешака или изазвавајући губитак података, што омета функције надгледања и контроле подстанције.

1.2 Повећање потенцијала оболице
Појачано изградња уltra-високих напона (UHV) и extra-високих напона (EHV) мрежа у Кини довели су до све већег електромагнетског смешура каузираних операцијама GIS одвојача. Коаксијална структура GIS-а—са унутрашњим алуминијум/ bakar проводницама и спољним алуминијум/челик оболицама—показује одличну преносу високих фреквенција. Због ефекта коже, високо-фреквентни преходни стројеви теку дуж спољне површине проводника и унутрашње површине оболице, обично спречавајући проток полја и одржавајући оболицу на земљишном потенцијалу у нормалним условима.

Међутим, када VFTO-индуковани преходни стројеви сусрећу несагласице импеданса (на пример, код чавља или крајњих делова кабела), део напона се одбија и рефрактира. Неки напонски компоненти се повезују између оболице и земље, што доводи до тренутног повећања потенцијала на иначе земљишном оболицу. Ово представља ризик за безбедност особа и може ометати изолацију између оболице и унутрашњих проводника, убрзавајући старење материјала и смањујући век опреме. Поред тога, ово повећано напонско напоне шире кроз кабеле и повезане уређаје у второстепене системе, индуцирајући EMI који доводи до лажних искочења, грешки у подацима или чак и унутрашњег прегорања—direktno prijeti pouzdanosti elektronskih sistema.

1.3 Електромагнетски смешур (EMI)
У GIS подстанцијама, операције одвојача/прекидача и удари Јупитера генеришу преходна електромагнетска поља која утичу на второстепене системе преко проводних и радијантних куповања.

• Проводни смешури настају преко мernih transformatora i razlike potencijala zemlje. VFTO-ovi se kuple iz primarnog u sekundarni krug preko stray kapacitance i induktivnosti u transformatorima. Takođe se ubacuju u mrežu zemljenja putem elektroda za zemljenje, podizajući celi potencijal zemlje i stvarajući petlje zemljenja koje destabilizuju sekundarnu opremu.

• Radijantni smesuri se javljaju kada se privremena EM polja šire kroz prostor, direktno se kuple u sekundarne kable i uređaje. Električno polje kupljenje utiče na čvorove visokog impedansa, dovodeći do distorzije signala ili lažnog okidača—posebno osetljivi su na rastojanje, orijentaciju polja i geometriju uređaja. Magnetno polje kupljenje indukuje elektromotornu snagu u kružnim petljama prema Faradayevom zakonu; njegova težina zavisi od jačine polja, brzine promene i površine petlje.

1.4 Efekti mehaničke vibracije
Operacije odvojača indukuju mehaničke vibracije zbog udara kontakata, trenja i elektromagnetskih sila tokom akcija povezivanja/odspajanja. Brzo odvajanje prilikom otvaranja ili snažno uključivanje prilikom zatvaranja generiše talase šoka koji vibriraju GIS strukturu. Transmitovanje kroz veze i mehanizme dalje širi vibracije na susednu sekundarnu opremu.

Takve vibracije mogu oslabiti mehaničke fiksne elemente, degradirati električne spojeve, povećati greške merenja ili, u ekstremnim uslovima, uzrokovati kratkospoje. Dugotrajna izloženost ubrzava staranje i mehaničkih i elektronskih komponenti, skraćuje vreme trajanja opreme i kompromituje pouzdanost.

2.Mere za smanjenje zaštite sekundarne opreme
2.1 Optimizovani GIS strukturni dizajn

• Izbor materijala: Koristite SF₆ mesevine sa većom dielektričnom čvrstoću; izaberite materijale sa niskim gubitkom i visokom provodljivošću (npr. Cu/Al) za štit; optimizujte dužinu bus bara i kapacitet da biste smanjili amplitudu VFTO-a.

• Strukturne poboljšane: Izgladite geometriju provodnika i štita kako biste smanjili koncentraciju električnog polja; poboljšajte dizajn podrške izolatora za uniformnu distribuciju polja; implementirajte kontrolisane brzine operacija odvojača i dodajte snubber krugove da apsorbiraju prekidne energije.

• Kontrola vibracija: Instalirajte hidrauličke amortizere ili opruge u operativnim mehanizmima; koristite gumena dempera između GIS-a i temelja; unapredite preciznost površine kontakta kako biste smanjili sile udara.

2.2 Unapređeno štitovanje i zemljenje

• Ekraniranje: Obeležite osetljive sekundarne uređaje (npr. releji, komunikacioni moduli) u provodljive okvire (galvanizirana čelika/aluks) sa zatvorenim šavovima. Koristite ekranirane ili dvostruko ekranirane kablove sa pravilnim završetkom; primenite filtrirane konektore i mrežasta zaštita na ventilaciji. Za kratke kable (<10 m), koristite jednotočnu zemlju; za duže rute, upotrebite višetočnu zemlju kako bi se smanjili indukovani naponi.

• Zemljanje: Održavajte otpor zemlje ≤4 Ω. U podzemljama visokog otpora, iskoristite povezane mreže zemlje sa vertikalnim štapovima. Koristite jednotočno zemljanje za analogni krugove i višetočno zemljanje za digitalne/višefrekventne sisteme. Optimirajte raspored mreže (npr. pravougaona mreža sa elektrodama na preseku) kako bi se osiguralo uniformno rasipanje struje i niske potencijalne gradijente.

2.3 Tehnologije filtriranja i suzbijanja

• Filtrovine: Instalirajte filtere naponskih linija na ulazima sekundarnog opreme kako bi blokirali visokofrekventni šum. Primijenite algoritme digitalnog filtriranja signala kako bi se unapredila integritet podataka u komunikacionim kanalima.

• Zaštita od prekoračenja: Iskoristite ZnO zaustavljače blizu sekundarne opreme kako bi ograničili VFTO-e i prekidna prekoračenja. Koristite uređaje za zaštitu od prekoračenja (SPD-ove) na signalnim i komunikacionim linijama kako bi se preusmjerila privremena energija na zemlju, osiguravajući stabilnu prijenos slabihsignala.

2.4 Jačanje sekundarne opreme

• Hardware zaštita: Pojačajte nosače montaže debljim čelikom i dodatnim posiljateljima. Izolujte opremu koristeći gumena podstavka ili dvostepene izolatore vibracija. Osigurajte PCB-e debljim substratima, fiksiranjem rubova i amortizatorskim padicama. Potirajte ključne komponente (npr. IC, releji) u oblikovanjima ili elastičnim držačima kako bi se spriječilo otkrivanje. Izbegavajte dugačke, tanke tragove kako bi se smanjio rizik od loma.

• Software zaštita: Implementirajte kontrolne sume i kodove za ispravljanje grešaka (ECC) kako bi se detektirale/ispravile greške u podacima. Umetnite instrukcije "NOP" (bez operacije) u firmver kako bi se omogućilo oporavak od EMI-induciranih skokova programa, sprečavajući deadlock-e i unapređujući otpornost sistema.

3.Zaključak
Temeljito razumevanje uticaja operacija GIS disjunktera na sekundarnu opremu pokazuje da su sveobuhvatne strategije mitigacije ključne za pouzdanost mreže. Tijekom dizajna, konstrukcije i operacije električnih sistema, mora se prioritizirati elektromagnetska kompatibilnost (EMC) između GIS-a i sekundarnih sistema. Integrisanjem optimizacije strukture, čvrstog ekraniranja/zemljanja, naprednih tehnologija filtriranja i jačanja hardvera i softvera, mogu se efektivno smanjiti negativni uticaji transijenta indusiranih disjunkterima, EMI-ja i vibracija - osiguravajući bezbedniju, pouzdaniju i otporniju dostavu struje.