Uchunguzi wa Athari ya Mikakati ya GIS kwa Vifaa vya Pili

Mfano wa Ushindani wa Matumizi ya GIS kwenye Vifaa vya Pili na Hatua za Kujitunza

1. Mfano wa Ushindani wa Matumizi ya GIS kwenye Vifaa vya Pili
1.1 Mfano wa Umuhimu wa Umeme mkubwa wa Wakati
Wakati wa kufuli/kufunga matumizi ya GIS (Gas-Insulated Switchgear) disconnector, ujirudia mzunguko wa arc na ukuu kati ya majina husiana huchangia mzunguko wa nishati kati ya inductance na capacitance ya mfumo, kutengeneza switching overvoltages yenye ukubwa mara 2–4 ya rated phase voltage na muda unaofanana na mikosekondi kadhaa hadi masaa kadhaa. Wakati wa kutumia busbars fupi—ambapo kiwango cha haraka kwa majina husiana ni polepole na hakuna uwezo wa kuquisha arc—phenomena za pre-strike na re-strike zinachapa Very Fast Transient Overvoltages (VFTOs).

VFTOs huenea kupitia conductors na enclosures za ndani ya GIS. Katika impedance discontinuities (kama vile bushings, instrument transformers, cable terminations), traveling waves hureflect, hurefract, na husuperimpose, kusababisha waveforms yasabuni na kuongeza peaks za VFTO. Na wavefronts ngumu na rise times zenye scale ya nanoseconds, VFTOs huchangia surges za umeme wa wakati katika vifaa vya pili, kusababisha hatari ya kugoroka kwa electronics sensitive. Hii inaweza kusababisha relays za protection kushinda vitendo vyenye sababu isiyotaraji—kutatisha kwa bila maana—and disrupt high-precision signal processing na data transmission. Pia, EMI (Electromagnetic Interference) yenye frequecy ya juu inyenyewe inayotokana na VFTO inapunguza communication modules, kuongeza bit error rates au kusababisha upotoso wa data, kwa hivyo kukataa substation monitoring na control functions.

1.2 Potential Rise ya Enclosure
Kama China inaongeza grid zake za ultra-high-voltage (UHV) na extra-high-voltage (EHV), electromagnetic interference kutokana na matumizi ya GIS disconnector imekuwa rahisi zaidi. Coaxial structure ya GIS—ambayo inajumuisha inner aluminum/copper conductors na outer aluminum/steel enclosures—inaheshimiwa kwa utaratibu mzuri wa high-frequency transmission. Kwa sababu ya skin effect, high-frequency transient currents husemea kwenye outer surface ya conductor na inner surface ya enclosure, hasa kuzuia field leakage na kudumisha enclosure kwenye ground potential kwa mazingira normal.

Hata hivyo, wakati current za transient zenye VFTO zinapata impedance mismatches (kama vile kwenye bushings au cable terminations), partial reflection na refraction hutokea. Baadhi ya components za umeme huchangia kati ya enclosure na earth, kusababisha potential rise ya hivi punde kwenye enclosure ambayo ilikuwa imedumishwa kwenye ground. Hii inatoa hatari kwa usalama wa watu na inaweza kuleta degradation ya insulation kati ya enclosure na internal conductors, kusongeza aging ya material na kupunguza muda wa kazi ya vifaa. Pia, potential hii imeongezeka huenea kupitia cables na vifaa vilivyovunjwa, kuchangia EMI ambayo linaletea false tripping, data errors, au hata breakdowns za ndani—kutosha kusababisha hatari kwa reliability ya power system.

1.3 Electromagnetic Interference (EMI)
Katika GIS substations, matumizi ya disconnector/breaker na lightning strikes huchangia transient electromagnetic fields ambayo huathiri vifaa vya pili kupitia conducted na radiated coupling.

• Conducted interference hutokea kupitia instrument transformers na tofauti za ground potential. VFTOs huchangia kutoka primary circuits hadi secondary circuits kupitia stray capacitance na inductance katika transformers. Wanavyo inject into the grounding grid kupitia grounding electrodes, hukuongeza umbo la ground potential kote na kuanza ground loops ambazo hukataa stability ya vifaa vya pili.

• Radiated interference hutokea wakati transient EM fields huenena kupitia space, kuchangia moja kwa moja secondary cables na vifaa. Electric field coupling huathiri nodes za high-impedance, kusababisha signal distortion au false triggering—hasa sensitive kwa umbali, orientation ya field, na geometry ya vifaa. Magnetic field coupling huchangia electromotive forces katika circuit loops kulingana na Faraday’s law; ukubwa wake unategemea kwa nguvu ya field, rate of change, na loop area.

1.4 Mfano wa Athari za Vibration ya Mecho
Matumizi ya disconnector huathiri vibrations mecho kutokana na impact ya majina, friction, na electromagnetic forces wakati wa make/break actions. Separation haraka wakati wa kufuli au engagement ngumu wakati wa kufunga huchangia shockwaves ambayo huvibrate GIS structure. Transmission kupitia linkages na gears huchangia vibrations kwa vifaa vingine vya pili.

Vibrations hizi zinaweza kusababisha mechanical fasteners ziwaeleweka, kuleta degradation ya electrical connections, kuongeza measurement errors, au—katika mazingira mingi ya wingi—kusababisha short circuits. Exposure ya muda mrefu huongeza aging ya both mechanical na electronic components, kusongeza muda wa kazi na kuchelewesha reliability.

2.Hatua za Kujitunza kwa Protection ya Vifaa vya Pili
2.1 GIS Structural Design Imepimwa

• Chaguzi ya Material: Tumia SF₆ mixtures yenye dielectric strength ya juu; chagua materials zenye low-loss, high-conductivity (kama vile Cu/Al) kwa shielding; optimize length na capacitance ya busbar ili kusuudu amplitude ya VFTO.

• Improvements ya Structure: Smooth geometries za conductor na shield ili kupunguza concentration ya electric field; improve insulator support design kwa uniform field distribution; implement controlled disconnector operation speeds na add snubber circuits kwa absorption ya energy ya transient.

• Control ya Vibration: Install hydraulic buffers au springs katika operating mechanisms; tumia rubber dampers kati ya GIS na foundations; enhance precision ya contact surface ili kupunguza impact forces.

2.2 Shielding na Grounding Imetengeneza

• Kuzuia: Zunguza kifaa cha sekondari chenye umuhimu (kama vile relais, vifaa vya mawasiliano) katika sanduku la kutumia namba (mizizi ya chembe/afalasi) yenye viulizo vilivyofungwa. Tumia miamoya ya mizizi au miwili ya mizizi na mwisho wa kutosha; tumia vipengele vilivyofilteriwa na mishipa juu ya nyufu. Kwa mitindo mirefu (<10 m), tumia usimamizi wa kitu moja; kwa mitindo mirefu zaidi, tuma usimamizi wa viwango vingine ili kukidhibiti voltage ambavyo imetengenezwa.

• Usimamizi: Hakikisha uwiano wa usimamizi ≤4 Ω. Katika mizizi yenye ukubwa wa ukinge, tuma matarajio ya usimamizi yaliyohusiana na mikoa ya usimamizi yenye misuli vingine vingine. Tumia usimamizi wa kitu moja kwa mkataba wa analogi na usimamizi wa viwango vingine kwa mfumo wa digitali/kata kiwango kikubwa. Pima upanuzi wa gridi (kama vile meshi ya mraba inayotumia electrodes za kuingiza kwa nguzo) ili kuaminika kwa ajili ya utengenezi wa current na gradients ya potential ndogo.

2.3 Teknolojia za Kutengeneza na Kuzuia

• Vifitri: Instala vifitri vya power-line kwenye magereza ya kifaa cha sekondari ili kuzuia sauti ya kata kiwango kikubwa. Tumia algorithmi za kutengeneza data za signal za digitali ili kuboresha ustawi wa data katika njia za mawasiliano.

• Ulinzi wa Mfululizo: Tupa ZnO arresters karibu na kifaa cha sekondari ili kupiga VFTOs na mfululizo wa switching. Tumia vifaa vya linzi ya mfululizo (SPDs) kwenye mitindo ya signal na mawasiliano ili kurekebisha energy ya wakati kwenye ardhi, kuhakikisha mawasiliano safi ya signals ndogo.

2.4 Ukuaji wa Usalama wa Kifaa cha Sekondari

• Ulinzi wa Hardware: Ongeza ukuaji wa brackets za kuchanganya kwa mizizi ya chembe inayopana na stiffeners. Fanya kujitolea kwa kifaa kwa kutumia mounts ya rubber au vibration isolators wa viwango vingine. Amka PCBs kwa substrates za kubwa, edge fixings, na damping pads. Pot components muhimu (kama vile ICs, relais) kwenye encapsulants au elastic holders ili kupunguza uwezaji wa kutokea. Chukua njia ya kumalizia traces fupi ili kupunguza hatari ya kuvunjika.

• Ulinzi wa Software: Imelekeza checksums na error-correcting codes (ECC) ili kutambua/tengeneza saraka ya data. Ingiza amri “NOP” (no-operation) kwenye firmware ili kuruhusu kupona kutokana na program jumps zinazotokana na EMI, kupunguza deadlocks na kuongeza ustawi wa mfumo.

3. Muhtasara
Fahamu kamili jinsi operesheni ya GIS disconnectors hutoa athari kwenye kifaa cha sekondari, inahitaji majadiliano fulani ya kudhibiti kwa ajili ya ustawi wa grid. Wakati wa kubuni, kujenga, na kutumia mfumo wa umeme, electromagnetic compatibility (EMC) kati ya GIS na mfumo wa sekondari lazima liwe muhimu. Kwa kushirikiana na kuboresha ufumbuzi, usalama mzuri, usimamizi wa kuzuia, na teknolojia za kutengeneza hardware/software, athari mbaya za transients, EMI, na vibrations zinaweza kudhibiti vizuri—kutunza mawasiliano ya umeme yenye usalama, ustawi, na ustawi.