Ultra-High-Voltage Gas-Insulated Transmission Equipment ikerketa

Elektrizitate industrian garatzen duten eskarien erantzun gaitasunez, enpresak zonal baten sarrerako falten ikerketan indartu da eta goi mailako egoeren UHV transmitazio eta transformazio proiektuen operazio eta mantentze laguntza emateko UHV transmitazio gailuen diseinu eskeintza instalatu eta hobetu ditu. Eraikuntzaren azpiegoa 2.541,22 m² da, eta landare azpiegoa 2.539,22 m². Eraikuntzalekuaren geologia, goitik behera, lur koloreko lurrezko, lurrezko, paleosol eta siliko-lurrezko hainbat kiroltik osatzen da. Geologia konplexua da eta altu mailako egoeren epe luzako eragina duenez, transmitazio lerroak huts egiten dute erraz.

Orduan, enpresak proiektu kalkuluak egin ditu eta proiektuaren eraikuntza koefizientea 61,48% dela adierazi du, eta ur-ondoko ulertzeko sakonera 8,8 eta 8,9 m artean doala, eta proiektuko horma egituren korrosio bat izan dezakeela. Enpresak 110 kV transmitazio eta transformazio proiektuan oinarritzen da, eta eraikuntza eskalak Taula 1-ean agertzen dira.

Taula 1: UHV Gas-insulated Transmitazio Proiektuaren Eraikuntza Eskala

Gainera honetan, enpresak UHEko gas-insulatutako transmitazioaren ekipamenduaren presio-ehuneko erresistentzia ulertzeko lan gehiago egin behar ditu eta postu insuladoreak eta bolilo motako insuladoreak arrazoki aplikatu behar ditu transformatorren egokitasuna garatzen laguntzeko.

1. Harremana Erresistentziaren Modeluaren Garapena
Proiektu hau funtzionatzen duenean, kargatua dagoen korrontea pasatzen duten higidagailuetan oso erraza da kondutore-puntuak sortzea. Hori saihesteko, puntu horien azalera hobeto ulertzea eta korronte-bideen murrizketa jardueraren konpromisoa hartzea beharrezkoa da [1]. Beraz, leku aldetik ikuspena indartzez, inguruko lerro-korronteen aldaketak ulertzeko, zati-zati ikusteko, gorputzaren gainazaleko banaketa, gorputzarekin lotutako korrontea, energia iturria eta urruneko puntuen korrontea aztertu ahal izango dira mikro-ekintzan, harreman-direktiboko batezbesteko desberdintasunak ulertzeko, irudian adierazten den moduan (Irudi 1).

Harreman-modelu bat sortuz, lan hau UHEko gas-insulatutako transmitazioaren ekipamenduaren aplikazioarekin bat, kontaktu puntu baten erresistentzia murrizketa erreala hurrengo bezala definitzen du:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
non: Re kontaktu puntu baten erresistentzia murrizketa adierazten du; ρ₁ eta ρ₂ kontaktu-distantziako materialen resistentsia diren; eta α kontaktu-puntuaren erradioa.

Beraz, kontaktu erresistentziaren neurria zehazki aztertzea ahalbidetu dezake konturuko erregela bat erabiliz. Aldiz, kontaktu-eremuan dagoen insulazio transmitizio ekipamenduaren parametro-materialak begiratuz, zein material erabili beharko den konexioa egin nahi denean erabaki ahal izango da, Taula 2-n adierazten den moduan.

UHA gas-insulated transmission tresnak eus erresistentzia-prestakuntza-eremua 1.000 kV, eta gorputzeko maximoa 1.683 kV, elektrizitatearen bidalketa segurua bermatuz. Bere bidalketa-osagarria 500 kV EHA bidalketako 2,4 edo 5 herrotasunera heltzen da. SF₆ gas osoa erabiltzen da isulatzeko media gisa, bete-higidura 0,3–0,4 MPa. Bigarren generazio GIL (Gas-Insulated Line) erabiliz, bolumen frakzioan 20% SF₆ eta 80% N₂ dituen nahasketa erabiltzen da isulatzeko media gisa, bete-higidura 0,7–0,8 MPa. Alternatiboki, aire zutia eta garbi kompresitua erabil daiteke media gisa, bete-higidura 1–1,5 MPa. Beraz, isulatzeko gasen hautapena egoera-kanpoaren arabera egin behar da UHA gas-insulated transmission tresnaren funtzionamendu osoa ziurtatzeko proiektuan. Gasen higidura aproposiki handiagoa izan daiteke, eta instalazio airean egin daiteke tresna hori uneko UHA tensiorako egokia izateko.

Pertsonalariak ere atentziokide jaso behar du UHA gas-insulated transmission tresnaren material nagusiaren konexio-egoerara, bere karga-kontsumoa hobetzeko. Nagusi strukturan elementuen finarraltasuna kalkulatu behar da:
λ₀ = kL₀ / r,
non: λ₀ adierazten du lotutako elementu nagusiaren finarraltasuna; k aldaketa-koefizientea da; L₀ UHA gas-insulated transmission tresnaren elementu nagusiaren luzera da; eta r elementu nagusiaren erradioa da.

2.UHA Gas-Insulated Transmission Tresnaren Aplikazio-Erresistentziak

2.1 Bus Duct eta Konduktorearen Tentsioen Balidazioa
UHA gas-insulated transmission tresnaren aplikazioan, pipa-mota bus duct-en tentsio-egoera ere kontuan hartu behar da. Barne-higidura 0,6 MPa da, eta bus duct-en altuera erdiko 7,7 m da. Lehen dagoen bidalketa kanporantz, bi sustentadore arteko zabalera gehien 12 m da. Konduktorearen gaineko erresistentzia ere 0,6 MPa da, eta osagai bietarako onartutako tentsioa 110 MPa da. Gehiago, bidalketa-sistema kolpe-zuriune hirugarri eta konduktoreez finkatuta dago.

Lehenik, bus duct-en erradio kanpora 500 mm da, eta konduktorearen erradio kanpora 160 mm. Barne-higidura dagoenean, erradio kanpora aldatu gabe mantentzea beharrezkoa da, eta horma-zabalera aproposiki handitu behar da—5 mm-tik 20 mm-ra. Oinarrizko tentsioaren tentsio-zabalera aldaketaren kurba oinarrituz, bus duct-en tentsio hasiera 18,45 MPa da, materialaren onartutako tentsioaren 16,71% adierazten duena; konduktorearen tentsio hasiera 3,45 MPa da, bere onartutako tentsioaren 3,71% adierazten duena. Honek adierazten du, erradio kanpora aldatu gabe, horma-zabalera barne-higiduraren erantzunari eragina duela, bereizi pipen tentsio lehena. Barne-higidura pipen egitura tentsio-balioak aldatzen ditu—bereizi horma-finaletan—and GIL balorazio metodoak erabil daitezke ikusteko barne-higidura bus duct eta konduktoreen gaineko eragina.

Bigarren, UHA gas-insulated transmission tresnan, higidura-barengandiko pipak—adibidez, higidura-pipak eta hauts-tentsio altuak—funtsionamenduaren eragina dut. Horma-finaletan higidura-barengandiko pipen egitura tentsio-analisi bat egin behar da, piparen sekzio longitudinalaren inguruko tentsio normala σₜ kalkulatzeko formula honen bidez:
σₜ = ρD / (2δ),
non: ρ piparen barne-higidura dena; D piparen barruko erradioa; eta δ piparen horma-zabalera. Tentsio-maila aldatzen doanean, tentsio-altuagoentzat diametro handiagoak hautatzen dira, baina tentsio-baxuagoentzat diametro txikiagoak sufizitzen dira.

2.2 Gas Elektriko Kontaktu Ezaugarrien Argipenak
UHA gas-insulated transmission tresnarentzat, erabiltzen diren gas nagusiak SF₆, nitrogen-oxygen nahasketa, eta N₂ dira. Ikerketa hainbat gasen arteko desberdintasunak elektriko kontaktu ezaugarrietan ulertzeko. Banda-mota kontaktu-helburuetarako, SF₆ erabil daiteke isulatzeko media gisa bere arku-apurtzaile eta isulatzeko ezaugarri onenak erabiliz. Karga-dantza egiturak deskribatzeko erabiltzen da tentsio osoa (Rₜ):
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
non: Rₚ korpusuko tentsioa dena; R꜀₁ goiko elektrodearen kontaktu-tentsioa; eta R꜀₂ azpiko elektrodearen kontaktu-tentsioa. Hortaz, SF₆-ren dielektriko indarra gasaren higidura mendebaldetzen da—higidura handiagoa, dielektriko indarra handiagoa.

2.3 Elektriko Eremu Txartoaren Proiekzioa
Proiektu honetan, barruko elektriko eremua oso uniformea ez da, non uniformtasun koefizientea gutxi gorabehera 1,7 den. Zonaldean zerrenda-joltsetako erresistentzia baldintzak badira, zerrenda lerroetako tentsioa handiagoa izango da, jolts-indizea 1,25 izanik. Lehenik, zonaldeko maila-eta zerrenda-joltsetako erresistentzia baldintzetan, pikea 1,6-1,7 artean baieztatu behar da UHA gas-insulated transmission tresnaren funtzionamendu ona ziurtatzeko.

Zirkularra zentroko egitura ulertzeko, zonaldeko elektriko eremuko intentsitatea E(x) kalkula daiteke optimizazio eskaintzen duen kasuak aurkitzeko:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
non: x konduktorearen eta estalpenaren arteko distantzia dena; U elektrodora aplikatutako tentsioa; R estalpenaren barruko erradioa; eta r zentroko konduktorearen kanpo erradioa. Horrela, zentroko konduktorearen gaineko maksimum tentsioaren eragina kontrolatzeko, mekaniko prestakuntza hobetzeko.

Elektriko eremu infraestruktura sortzean, UHA gas-insulated transmission tresnaren karga-kontsumo erreala oinarrian egiaztatu behar da, eta tentsio kalkuluak amaitu behar dira:
P = A × F,
non: P tresnaren karga-kontsumoa dena; A transmitzio-torrearen sekzio area; eta F materialaren tentsioa. Gehiago, oinarria argi-lodi moduan badago, sub-base apurtu behar da airezko lerro instalatzea aurrera eramateko.

Produktu egitura eta fabrikazio ahalmenak kontuan hartuz, zerrenda-joltsetako erresistentzia altuak lortu daitezke. Bigarren, gas compartimentua luzea bada, UHA gas-insulated transmission tresnaren instalazioa zaila bihurtzen da. Kasu horretan, lokal higidura aproposiki handiagoa 0,4-0,5 MPa tartean ezarri daiteke elektriko eremuan, elektriko eremuan konduktiboen partikulak normalki funtzionatzeko, zati-discharge edo gas espazioa ezabatzeko.

Azkenik, UHEko gas-insulated equipmentaren egoera espesifikoen arabera, konduktore barra baten diametro handia 130 mm-koa izan behar da, eta estalkiaren diametro barruan 480 mm-koa. Egoerari gehiago harremanetan egin behar zaie: horma-lodiera 30–40 mm-koa ezartzea, eta zurbiltasuna <1 mm-koa izan behar da. Baldin eta plug-in area-ko kanpoan dagoen biribildurako erradioa 5 mm-koa ezartzen bada, elektrikoak indarraren eremuaren aldaera hobeto ulertzeko aukera emango du—erradio handiagoek dagokien indarraren eremua handiagoa izango da, erradio txikiagoek dagokien indarraren eremua berriz, txikiagoa. Toki pertsonalizatuko den elektro-indarraren kontzentrazioa kontrolatzen duen oinarrian, zurbilaren barruan dagoen indarraren eremua handiegia ekiditea beharrezkoa da, UHEko gas-insulated equipmentarentzat diseinu elektriko hasieratzat aukera ematea eta elektrikoak indarraren eremuaren banaketa eskaintzea.

2.4 Isulagile diseinu arrunta
UHEko gas-insulated equipmentaren isulagileak lurren gainean egiten dituzte lan, beraz, haien flashover tenperatura txikiagoa da gap breakdown tenperaturetik, hau elektriko isolamenduan puntua ahul bat izango da. Beraz, zurbilen kontsiderazioak beharrezko dira aztertu, eta kolpe ospetsuen artean agertzen diren elektrikoak indarraren eremua ulertzeko isulagile osagaiak diseinatzeko modu egokia.

2.4.1 Isulagile indarraren eremuen kontrola hobetu
Proiektuaren eraikuntza egoeren arabera, gure enpresa isulagileen gainean agertzen diren flashover fenomenoak ikasi ditu, horietan isulagile materialaren, egitura eta gaineko karguaren efektuak barne hartuta. Metal partikulen kontaminazioa saihestu behar da ere. SF₆ gas, isulagile materialak eta osagai enboratuen kombinazioak UHEko gas-insulated equipmentaren egitura arrunta bizi dezake. Aurreko isulagile diseinuaren esperientziak erabiliz, funtzionamenduan dagoen indarraren eremua normala erdiara murriztu daiteke. SF₆ insulatu puroko ekipamientuentzat, funtzionamenduan dagoen gas presioa 0.4–0.5 MPa mantentu daiteke.

Zutabe elektrikoak indarraren eremua (Eₛ) hau erabiliz kalkula daiteke:
Eₛ = 45.5p + 1.7,
non p gas presioa den. Beraz, ekipamientuaren uztailtasun tenperaturen arabera, diseinu indarraren eremua konduktore zentroaren gainean 19.9–24.5 kV/mm artean kontrolatzen daiteke, isulagilearen gaineko indarraren eremua 10 kV/mm baino gehiagotan ez baita igoko. Isulagileak elektrikoak indarraren eremuan barneratzeko segurtasuna UHEaren asmozko eraginak duten aldaketak ekiditeko aukera ematen du, isulagiletako hutsegite arriskua murriztuz eta UHEko gas-insulated transmission equipmentaren aplikazio luzea proiektuan ahalbidetzeko.

2.4.2 Isulagile mota silindriko diseinu optimizatua
Proiektuko orografia konplexua eta elektrikoak indarraren eremuen simulazioaren beharra dela kontuan hartuta, isulagile mota silindrikoko diseinua hobetu behar da—ezpain elekrodeak kenduz. Egitura honek elektrikoak indarraren eremua isulagileren konduktore handiaren aldean begiratu ahal ematen du. Indarraren eremua altua badago, gaineko kurbadura gaineko balio maximoa 12.7 kV/mm eta korbadura barruan 13 kV/mm izango dira; baldintza hauek gainditzen badira, funtzionamendu anormala adierazten du. Elektrikoak indarraren eremua isulagilearen inguruan altua denean, frekuentsia industrikoaren tenperatura maximoa 3.4 kV/mm baino gutxiago mantentu behar da. Ezpain elekrodeak isulagile mota silindrikoetan instalatzeak elektrikoak indarraren eremua optimizatzeko eta simulatzeko aukera ematen du.

Aurreko elektriko konexio metodoetan jarraituta, ezpain elekrodearen tamaina zehazki kontrolatu behar da, eta elektriko konexio konektorea isulagile mota silindrikoaren biribildura kokatu behar da, bere elekrode ezpainaren epea hobetzeko, horrela UHEko gas-insulated transmission equipmentaren elektrikoak indarraren eremua hobetzen du.

3. Kontzeptuak
Elektriko enpresen garapen orokorraren eskaintzeko, gure enpresa UHEko gas-insulated transmission equipmentaren ikerketan aritu behar da. Egoera funtzionamendu espesifikoetan, arazoak analizatu eta ebazteko modu batzuk aurkitu behar dira, kontaktu resistenzia modeloa sortuz, bus duct eta konduktorearen stressa ziurtatuz, gas elektriko kontaktu ezaugarriak argituz, elektrikoak indarraren eremuko zurbilaren diseinua optimizatuz, eta isulagileak diseinatuz—horrela ekipamientuaren biztanbidea luzatzen du.