GIS Kesici Operasyonlarının İkincil Ekipman Üzerindeki Etki Analizi
GIS Kesici Operasyonlarının İkincil Ekipmanlara Etkisi ve Azaltma Önlemleri
1.GIS Kesici Operasyonlarının İkincil Ekipmanlara Etkileri
1.1 Geçici Gerilim Aşımı Etkileri
Gaz yalıtımlı anahtar cihazları (GIS) kesicilerinin açma/kapatma işlemlerinde, kontaktlar arasındaki tekrarlanan ark yeniden alevlenmesi ve söndürülmesi, sistem endüktansı ve kapasitansı arasında enerji değişimi sağlayarak, nominal faz geriliminin 2-4 katı büyüklüğünde ve onlarca mikrosaniye ile birkaç milisaniye arası süren geçiş gerilim aşımını oluşturur. Kısa hat çubukları üzerinde çalışırken—burada kesici kontakt hızı yavaş ve ark söndürme yeteneği yoktur—önceden vuruş ve yeniden vuruş olguları Çok Hızlı Geçici Gerilim Aşımı (VFTO) oluşturur.
VFTO'lar, iç GIS iletkenler ve kaplamalar boyunca yayılır. Impedans süreksizlikleri (örneğin, izolatörler, ölçüm transformatörleri, kablo sonlandırmaları) sebebiyle seyahat eden dalgalar yansıyor, kıvrılıyor ve birikiyor, dalga biçimlerini bozarak VFTO zirvelerini artırıyor. Dik dalga ön yüzleri ve nanosaniye ölçekli yükseltme süreleri olan VFTO'lar, ikincil ekipman girişlerinde geçici gerilim sıçramalarına neden olur, hassas elektronik parçaların hasar görmesine risk oluşturur. Bu, koruma rölelerinin yanlış işlemesi—gereksiz trippinge neden olabilir—ve yüksek hassasiyetli sinyal işleme ve veri iletimini bozar. Ayrıca, VFTO tarafından üretilen yüksek frekanslı elektromanyetik interferans (EMI), iletişim modüllerini bozar, bit hata oranlarını artırır veya veri kaybına neden olur, bu da alt mevki izleme ve kontrol fonksiyonlarını zayıflatır.
1.2 Kaplama Potansiyel Yükselişi
Çin'in ultra yüksek gerilim (UHV) ve extra yüksek gerilim (EHV) ağlarını genişletmesiyle, GIS kesici operasyonlarından kaynaklanan elektromanyetik interferans giderek daha ciddi hale gelmiştir. İç iletken alüminyum/bakır ve dış alüminyum/çelik kaplamaları içeren coaxial yapıya sahip olan GIS, yüksek frekanslı iletimde mükemmel performans gösterir. Kavanoz etkisi nedeniyle, yüksek frekanslı geçici akımlar iletkenin dış yüzeyi ve kaplamanın iç yüzeyi boyunca akar, genellikle normal koşullarda alan sızıntısını önler ve kaplamayı yer potansiyeline tutar.
Ancak, VFTO tarafından üretilen geçici akımlar impedans uyumsuzluklarına (örneğin, izolatörler veya kablo sonlandırmalarında) rastladığında, kısmi yansıma ve kıvrılma gerçekleşir. Bazı gerilim bileşenleri, kaplama ve toprak arasında bağlanır, bu da diğer türlü yerleştirilmiş kaplamada anlık potansiyel yükselişi oluşturur. Bu, personel güvenliği için risk oluşturur ve kaplama ile iç iletkenler arasındaki yalıtım kalitesini azaltabilir, malzemelerin yaşlanmasını hızlandırır ve ekipman ömrünü kısaltır. Ayrıca, bu yükseltilmiş potansiyel, kablolar ve bağlı cihazlar aracılığıyla ikincil sistemlere yayılır, EMI oluşturur, yanlış tripping, veri hataları veya hatta iç çökme gibi durumları doğrudan güç sistemi güvenliğine tehdit eder.
1.3 Elektromanyetik Interferans (EMI)
GIS alt mevkilerinde, kesici/koparıcı işlemler ve yıldırım darbeleri, iletken ve radyasyon yoluyla ikincil sistemlere geçici elektromanyetik alanlar oluşturur.
İletken interferans ölçüm transformatörleri ve yer potansiyel farkları aracılığıyla ortaya çıkar. VFTO'lar, transformatörlerdeki sapma kapasitansı ve endüktansı aracılığıyla birincil devreden ikincil devreye bağlanır. Ayrıca, toprak elektrotları aracılığıyla toprak ağında yükseltilir, tüm toprak potansiyelini yükselterek ve ikincil ekipmanları istikrarsızlaştıran toprak döngülerini oluşturur.
Radyasyon interferansı geçici EM alanların uzayda yayılmasından, ikincil kablolar ve cihazlara doğrudan bağlanır. Elektrik alan bağlantısı, yüksek impedanslı düğümleri etkiler, sinyal bozulmasına veya yanlış tetiklemeye neden olur—özellikle mesafe, alan yönelimi ve cihaz geometrisine duyarlıdır. Manyetik alan bağlantısı, Faraday yasası uyarınca devre döngülerinde elektromotif kuvvet oluşturur; şiddet, değişim hızı ve döngü alanı ile belirlenir.
1.4 Mekanik Titreşim Etkileri
Kesici işlemler, kontak etkileşimi, sürtünme ve bağlantı/kesme işlemleri sırasında elektromanyetik kuvvetlerden dolayı mekanik titreşimlere neden olur. Açma sırasında hızlı ayrılma veya kapatma sırasında güçlü birleşim, şok dalgaları oluşturur ve GIS yapısını titreştirir. Bağlantı elemanları ve dişliler aracılığıyla titreşimler, komşu ikincil ekipmanlara yayılır.
Bu titreşimler, mekanik bağlayıcıları gevşetir, elektriksel bağlantıları bozar, ölçüm hatalarını artırır veya aşırı koşullarda kısa devre oluşturabilir. Uzun vadeli maruz kalma, hem mekanik hem de elektronik bileşenlerin yaşlanmasını hızlandırır, ekipman ömrünü kısaltır ve güvenilirliği tehlikeye atar.
2.İkincil Ekipman Koruması İçin Azaltma Önlemleri
2.1 Optimizasyonlu GIS Yapı Tasarımı
Malzeme Seçimi: Daha yüksek dielektrik dayanımı olan SF₆ karışıklıklarını kullanın; düşük kayıp, yüksek iletkenlik malzemeleri (örn. Cu/Al) için ekranlama; VFTO amplitudunu baskılamak için hat çubuğu uzunluğunu ve kapasitansını optimize edin.
Yapısal İyileştirmeler: Elektrik alan yoğunlaşmasını azaltmak için iletken ve ekran geometrilerini pürüzsüzleştirin; düzgün alan dağılımı için yalıtıcı destek tasarımını iyileştirin; kontrol edilen kesici işlem hızları uygulayın ve geçici enerjiyi emmek için snubber devreleri ekleyin.
Titreşim Kontrolü: İşleme mekanizmalarına hidrolik tamponlar veya yaylar ekleyin; GIS ve temel arasında lastik amortisörler kullanın; etki kuvvetlerini minimize etmek için kontakt yüzey hassaslığını artırın.
2.2 Güçlendirilmiş Ekranlama ve Topraklama
Koruma: Hassas ikincil cihazları (örneğin, röleler, iletişim birimleri) iletken kasalarda (çinko kaplı çelik/alyüminyum) kapatın ve kenar hatlarını mühürleyin. Uygun sonlandırma ile koruyuculu veya çift koruyuculu kablolar kullanın; filtreli konektörler ve ağ tarama ekranları uygulayın. Kısa kablolar için (<10 m), tek nokta yerleştirme kullanın; daha uzun mesafelerde, indüklenmiş gerilimleri en aza indirmek için çok noktalı yerleştirme kullanın.
Yerleştirme: Yerleştirme direncini ≤4 Ω tutun. Yüksek dirençli topraklarda, dikey çubuklarla bağlantılı yerleştirme kafesleri kullanın. Analog devreler için tek nokta yerleştirme ve diijital/yüksek frekanslı sistemler için çok noktalı yerleştirme kullanın. Kafes düzenini optimize edin (örneğin, çapraz bağlantı elektrotlarıyla dikdörtgen örgü) akım dağılımının eşitliğini ve düşük potansiyel gradyanını sağlamak için.
2.3 Filtreleme ve Sönükleme Teknolojileri
Filtreler: İkincil ekipman girişlerine yüksek frekanslı gürültüyü engellemek için güç hattı filtreleri kurun. Veri bütünlüğünü iletişim kanallarında artırmak için dijital sinyal filtreleme algoritmaları uygulayın.
Darbe Koruması: İkincil ekipmana yakın ZnO darbe tutucuları kullanarak VFTO'ları ve anahtarlama darbelerini sınırlayın. Sinyal ve iletişim hatlarında geçici enerjiyi yere yönlendirmek için darbe koruma cihazları (SPD) kullanarak zayıf sinyal iletiminin istikrarını sağlayın.
2.4 Güçlendirilmiş İkincil Ekipman Sertleştirilmesi
Donanım Koruması: Montaj parçalarını daha kalın çelik ve eklenen rijitlaştırıcılarla güçlendirin. Ekipmanı lastik montajlar veya iki aşamalı titreşim izolatörleri kullanarak izole edin. PCB'leri daha kalın tabanlar, kenar sabitlemeleri ve sönümleme padları ile güvence altına alın. Kritik bileşenleri (örneğin, IC'ler, röleler) kapsülasyonlara veya elastik tutuculara yerleştirerek gevşemesini önleyin. Kırılma riskini azaltmak için uzun, ince izlerden kaçının.
Yazılım Koruması: Veri bozulmasını algılamak/düzeltmek için kontrol toplamları ve hata düzeltme kodlarını (ECC) uygulayın. Donanım kaynaklı program atlamalarından kurtulmayı sağlayan “NOP” (işlem yok) talimatlarını firmware'a ekleyin, ölü noktaları önleyerek ve sistem dayanıklılığını artırarak.
3.Sonuç
GIS ayırıcı işlemlerinin ikincil ekipman üzerindeki etkisini tam olarak anlamak, şebeke güvenilirliği için kapsamlı önlemlerin gerekliliğini ortaya koyar. Güç sistemlerinin tasarım, inşaat ve işletme aşamalarında, GIS ile ikincil sistemler arasındaki elektromanyetik uyumluluğun (EMC) önceliği verilmelidir. Yapısal optimizasyon, güçlü koruma/yerleştirme, gelişmiş filtreleme ve donanım/yazılım sertleştirilmesiyle birleştirildiğinde, ayırıcı tarafından üretilen geçici durumların, EMI'nin ve titreşimlerin olumsuz etkileri etkili bir şekilde minimize edilebilir—daha güvenli, daha güvenilir ve dayanıklı güç teslimatını sağlayarak.
