Ultra Yüksek Gerilimli Gaz yalıtımlı Aktarım Ekipmanı Üzerine Araştırma

Enerji sektörünün gelişim gereksinimlerine aktif olarak yanıt vermek için şirketimiz, belirli bir bölgedeki şebeke inşaat hatalarına daha yoğun araştırmalar yapmış ve yüksek rakımlı bölgelerdeki DC UHV iletim ve dönüşüm projelerine operasyonel ve bakım desteği sağlamıştır. Bu, UHV iletim ekipmanları tasarım şemalarının kurulumu ve iyileştirilmesi yoluyla gerçekleştirilmiştir. İnşaat alanının toplam alanı 2.541,22 m², net alanı ise 2.539,22 m²'dir. İnşaat alanındaki jeolojik tabakalar, tepeden tarağa doğru, toprak benzeri zemin, toprak, paleosol ve silt kili olmak üzere dört temel zemin tabakasından oluşmaktadır. Jeoloji karmaşık olup uzun süreli yüksek rakım etkilerine maruz kalmıştır, bu da kolayca iletim hatlarının arızalanmasına yol açabilir.

Bu bağlamda, şirketimiz proje hesaplamalarını gerçekleştirdi ve projenin inşaat katsayısının %61,48 olduğunu belirledi. Ayrıca, yeraltı su seviyesinin 8,8 ila 8,9 m arasında değiştiğini ve projedeki beton yapılarına belirli bir derecede koruyucu etkiye sahip olduğunu saptadı. Şirketimizin odak noktası, 110 kV iletim ve dönüşüm projesidir ve inşaat ölçeği Tablo 1'de gösterilmiştir.

Tablo 1: UHV Gaz İzole İletim Projesinin İnşaat Ölçeği

Ayrıca, şirketimiz UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanlarının dayanıklılık aralığı konusundaki düşüncelerini daha da güçlendirmeli ve posta izolatörlerini ve havuz tipi izolatörleri uygun şekilde kullanarak, transformatorların uzun vadeli istikrarlı çalışmasını sağlamalıdır.

1. Bir İletken Direnç Modelinin Geliştirilmesi
Bu projenin işletimi sırasında akım taşıyıcı iletkenlerden aşırı yük akımı geçmesi sık meydana geldiği için, iletken noktaların oluşmasını önlemenin gerekli olduğu anlaşılıyor. Bu, lekelerin alanını anlamayı ve akım yollarının daralma davranışını kavramayı güçlendirerek gerçekleştirilebilir [1]. Böylece, çevresel akım çizgilerindeki değişiklikleri anlayabilmek için saha gözlemini yoğunlaştırarak, toprak yüzey dağılımı, topraklama akımı, güç kaynağı ve uzaktan kablosuz noktalar mikroskopik düzeyde analiz edilebilir, bu da temas yüzeylerinde oluşan düzensizlik sorunlarını kapsamlı bir şekilde anlamaya olanak tanır, Şekil 1'de gösterildiği gibi.

Bir temas modeli oluşturarak, bu makale UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanlarının uygulanmasıyla birleştirilerek, tek bir temas noktasının gerçek daralma direncini şu şekilde tanımlar:
Re = (ρ₁ + ρ₂) / 4α,
burada: Re, tek bir temas noktasının daralma direncini temsil eder; ρ₁ ve ρ₂ temas malzemelerinin direnç oranlarını ifade eder; ve α temas noktasının yarıçapını belirtir.

Bu nedenle, temas direncinin büyüklüğü, bant tipi temas parmaklarının konturuna dayalı bir düzeltme yöntemiyle doğru bir şekilde analiz edilebilir. Ayrıca, temas alanında yalıtım iletim ekipmanının malzeme parametrelerini inceleyerek, bağlantı için hangi malzemenin kullanılması gerektiği belirlenebilir, Tablo 2'de gösterildiği gibi.

UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanının dayanıklılık aralığı 1.000 kV'dir, maksimum dayanıklılık gerilimi 1.683 kV olup, elektrik iletiminin güvenliğini sağlar. İletim kapasitesi 500 kV EÜH (Ekstrem Yüksek Gerilim) iletimine göre 2,4 ila 5 katına ulaşabilir. Saf SF₆ gazı yalıtım ortamı olarak kullanılır, doldurma basıncı 0,3–0,4 MPa'dır. İkinci nesil GIL (Gaz Yalıtımlı Hat) ile %20 SF₆ ve %80 N₂ hacimsel karışımı yalıtım ortamı olarak kullanılır, doldurma basıncı 0,7–0,8 MPa'dır. Alternatif olarak, kurutulmuş ve temiz hava sıkıştırılmış hava olarak doldurulabilir, doldurma basıncı 1–1,5 MPa'dır. Bu nedenle, UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanının projede istikrarlı çalışması için yalıtım gazı seçimi mevcut koşullara göre belirlenmelidir. İşletme gaz basıncı da uygun şekilde artırılabilir ve hava üstü montaj yöntemleri uygulanarak ekipmanın mevcut UHV gerilim seviyesine uygun hale getirilebilir.

Personel ayrıca UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanındaki ana malzeme bağlantılarının durumuna dikkat etmelidir, taşıma kapasitelerini artırmak için. Ana yapısal elemanların ince uzunluk oranı da hesaplanmalıdır:
λ₀ = kL₀ / r,
burada: λ₀, bağlantılı ana üyenin ince uzunluk oranını ifade eder; k düzeltme katsayısıdır; L₀, UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanının ana üyesinin uzunluğudur; ve r, ana üyenin dönme yarıçapıdır.

2.UHV Gaz Yalıtımlı İletim Ekipmanı İçin Uygulama Önceliği

2.1 Ana Duct ve İletken Stres Kontrolü
UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanının uygulaması sırasında, boru tipi ana ductın stres durumu da göz önünde bulundurulmalıdır. İç basıncı 0,6 MPa'dır ve ana ductın merkez yüksekliği 7,7 m'dir. Mevcut açık hava iletim sisteminde, iki destek arasındaki maksimum açıklık 12 m'dir. İletkene etki eden dış kuvvet de 0,6 MPa'dır ve her iki bileşenin izin verilen stresi 110 MPa'dır. Ayrıca, iletim sistemi üç yönlü destek yalıtıcılar ve iletkenler aracılığıyla sabitlenmiştir.

Öncelikle, ana ductın dış çapı 500 mm ve iletkenin dış çapı 160 mm'dir. İç basıncı varsa, dış çap değişmeden kalır ve duvar kalınlığı uygun şekilde artırılmalıdır—5 mm'den 20 mm'ye. Birincil stresin kalınlık-değişim eğrisine dayanarak, ana ductın başlangıç stresi 18,45 MPa olarak bulunmuştur, bu materyelin izin verilen stresinin %16,71'ini oluşturur; iletkenin başlangıç stresi 3,45 MPa'dır, bu da izin verilen stresin %3,71'ini oluşturur. Bu, dış çap sabit kalırken, duvar kalınlığının basınç tepkisini önemli ölçüde etkilediğini, özellikle borunun ilk asal stresini etkilediğini gösterir. İç basınç, boru yapısındaki stres değerlerini değiştirir—özellikle ince duvarlı borular için—ve GIL değerlendirme yöntemleri, basıncın ana duct ve iletken üzerinde etkisi olup olmadığını belirlemek için kullanılabilir.

İkinci olarak, UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanındaki basınç taşıyan borular—basınç boruları ve yüksek gerilimli yükselticiler—işleyiş performansını etkiler. İnce duvarlı basınç taşıyan boru yapılarının stres analizi aşağıdaki formül kullanılarak yapılır, borunun enine kesitindeki çevresel normal stres σₜ hesaplanır:
σₜ = ρD / (2δ),
burada: ρ, borunun iç basıncıdır; D, borunun iç çapıdır; ve δ, borunun duvar kalınlığıdır. Gerilim seviyesi değiştiğinde, daha yüksek gerilim seviyeleri için daha büyük çaplı bushingler tercih edilirken, daha düşük gerilim seviyeleri için daha küçük çaplı bushingler yeterlidir.

2.2 Gaz Elektriksel Temas Özelliklerinin Açıklanması
UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanları için kullanılan başlıca gazlar SF₆, azot-oksijen karışımı ve N₂'dir. Bu gazların elektriksel temas özelliklerindeki farklılıkları anlamak için bu gazlar üzerindeki araştırmalar güçlendirilmelidir. Şerit tipi temas parmakları için, arc-quenching ve yalıtım özellikleri bakımından üstün olan SF₆, yalıtım ortamı olarak kullanılabilir. Toplam temas direnci (Rₜ), akım taşıyan yapıların elektriksel davranışını tanımlamak için kullanılır:
Rₜ = Rₚ + R꜀₁ + R꜀₂,
burada: Rₚ, toplam dirençtir; R꜀₁, üst elektrotun temas direncidir; ve R꜀₂, alt elektrotun temas direncidir. Böylece, SF₆'nın dielektrik gücü gaz basıncına bağlıdır—basınç ne kadar yüksek olursa, dielektrik güç o kadar yüksektir.

2.3 Elektrik Alan Aralığı Tasarımının Optimizasyonu
Bu projede, iç elektrik alan biraz düzensizdir, düzensizlik katsayısı yaklaşık 1,7'dir. Eğer bölgede yıldırım darbe dayanıklılık koşulları varsa, bu, iletim hatlarında stresi artırır, darbe katsayısı 1,25'tir. İlk olarak, bölgenin güç frekansı ve yıldırım darbe dayanıklılık koşullarına dayanarak, zirve değeri 1,6–1,7 aralığında onaylanmalıdır, böylece UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanının sorunsuz işlemesi sağlanır.

Eksenel silindirik yapıyı anlayarak, bölgedeki elektrik alan gücünü hesaplayarak optimize edilmesi gereken senaryolar belirlenebilir:
E(x) = U / [x · ln(R/r)],
burada: x, iletken ile kaplama arasındaki mesafedir; U, elektroda uygulanan gerilimdir; R, kaplamanın iç yarıçapıdır; ve r, merkezi iletkenin dış yarıçapıdır. Bu, maksimum alan gücü altında merkezi iletkenin yüzeyinin zarar görmesi durumunu değerlendirmeyi sağlar. Elektrik alan güvenliği kontrol edilmeli ve mekanik performans artırılmalıdır.

Elektrik alan altyapısının kurulumu sırasında, UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanının gerçek taşıma kapasitesi temel düzeyde doğrulanmalı ve stres hesaplamaları tamamlanmalıdır:
P = A × F,
burada: P, ekipmanın taşıma kapasitesidir; A, iletim kulesinin kesit alanıdır; ve F, malzemenin dayanımıdır. Ayrıca, temel siltli çamurlardan oluşuyorsa, hava üstü hat kurulumu öncesinde temel sıkıştırılmalıdır.

Ürün yapısı ve üretim yetenekleri göz önünde bulundurularak optimize edilmiş tasarım, yıldırım darbesi koşullarında yüksek yalıtım performansını sağlar. İkinci olarak, gaz odası uzunsa, UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanının kurulumu zorlaşır. Bu durumlarda, yerel çalışma gaz basıncı, alan gücü tasarımı aracılığıyla 0,4–0,5 MPa olarak ayarlanabilir, böylece elektrik alan etkisi altında iletken parçacıklar normal çalışabilir, kısmi salınım veya gaz boşluğu bozulmasına neden olmaz.

Son olarak, UHV gaz yalıtımlı ekipmanların özel koşullarına dayanarak, iletken çubuğun dış çapı 130 mm, kaplama iç çapı ise 480 mm olarak tasarlanmalıdır. Ayrıca takma bölümüne dikkat edilmelidir: duvar kalınlığı 30-40 mm olarak ayarlanmalı ve boşluk <1 mm olmalıdır. Eğer takma alanın dış yuvarlatma yarıçapı 5 mm olarak ayarlanırsa, elektrik alan yoğunluğunun değişimi daha iyi anlaşılabilir—yuvarlatma yakınındaki yüksek alan yoğunluğu daha büyük bir yarıçapa karşılık gelirken, düşük alan yoğunluğu daha küçük bir yarıçapa karşılık gelir. Yerel elektrik alan yoğunluğunun kontrolü altında tutulmak üzere, boşluktaki aşırı alan yoğunluğunun önlenmesi gerekir, böylece UHV gaz yalıtımlı ekipmanlar için ilk elektiriksel bağlantı tasarımı yapılabilecek ve elektrik alan sinyal dağılım gereksinimleri karşılanabilir.

2.4 Mantıklı yalıtıcı tasarım
UHV gaz yalıtımlı ekipmanlardaki yalıtıcılar zemin boyunca çalıştığından, parlatma gerilimleri boşluk kırılma geriliminden daha düşük olup, bu da elektriksel yalıtmanın zayıf noktasıdır. Bu nedenle, boşlukları güçlendirmek gerekir ve fırtına darbesi koşulları altında olan alan yoğunluğunun anlaşılmış olması, yalıtıcı bileşenlerin doğru tasarlanmasını sağlayacaktır.

2.4.1 Yalıtıcı Alan Yoğunluğunun Güçlendirilmiş Kontrolü
Proje inşaat koşullarına dayanarak, şirketimiz yalıtıcı yüzeylerdeki parlatma olaylarını, yalıtıcı malzemenin, yapının ve yüzey yükünün etkilerini de içeren şekilde inceledi. Ayrıca, metal parçacıklarından kaynaklanan kirleticinin önlenmesi gerekir. UHV gaz yalıtımlı ekipmanlar için mantıklı bir yapı, SF₆ gazı, yalıtıcı malzemeler ve yerleştirilmiş bileşenlerin bir araya getirilmesiyle sağlanır. Geçmişteki yalıtıcı tasarım deneyimlerine dayanarak, işlem sırasında olan alan yoğunluğu normal çalışma elektrik alan boşluğunun yarısına sınırlanabilir. Saf SF₆ ile yalıtılmış ekipmanlar için, işlem gaz basıncı 0.4–0.5 MPa arasında tutulabilir.

Dikey elektrik alan yoğunluğu (Eₛ) şu şekilde hesaplanabilir:
Eₛ = 45.5p + 1.7,
burada p gaz basıncıdır. Böylece, ekipmanın dayanım gerilimine bağlı olarak, merkezi iletken yüzeydeki tasarım alan yoğunluğu 19.9–24.5 kV/mm arasında kontrol edilebilir, ancak yalıtıcı yüzeyindeki alan yoğunluğu 10 kV/mm'yi aşmamalıdır. Yalıtıcıların elektrik alanında dahili olarak yerleştirilmesi, UHV etkisi altında ani alan artışlarının önlenmesini, yalıtım başarısızlık riskinin azaltılmasını ve UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanlarının projede uzun vadeli uygulanmasını sağlar.

2.4.2 Optimizasyonlu Havuz Tipi Yalıtıcı Tasarımı
Projenin karmaşık arazisi ve elektrik alan simülasyonunun gerekli olması göz önüne alındığında, havuz tipi yalıtıcı tasarımı güçlendirilmelidir—özellikle koruma elektrotlarının atlanmasıyla. Bu yapı, yalıtıcının yüksek gerilimli iletken tarafındaki elektrik alan yoğunluğunun gözlemlenmesine imkan tanır. Eğer alan yoğunluğu yüksekse, dışbükey yüzeyde maksimum değer 12.7 kV/mm, içbükey yüzeyde 13 kV/mm bulunur; bu eşiğin aşılması anormal işlemi gösterir. Yalıtıcı yakınındaki elektrik alan yoğunluğu yüksek olduğunda, maksimum güç frekansı işlem gerilimi 3.4 kV/mm'nin altına tutulmalıdır. Havuz tipi yalıtıcılara koruma elektrotları takılması, elektrik alanını daha da optimize eder ve simüle eder.

Önceki elektriksel bağlantı yöntemlerine dayanarak, koruma elektrotunun boyutu dikkatlice kontrol edilmeli ve elektriksel takma bağlayıcı, havuz tipi yalıtıcının yuvarlatmasında konumlandırılmalıdır, böylece elektrotun koruma etkisi vurgulanır ve UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanlarının elektrik alan dağılımı geliştirilir.

3. Sonuç
Elektrik işletmelerinin kapsamlı gelişim gereksinimlerini karşılamak için, şirketimizin UHV gaz yalıtımlı iletim ekipmanları üzerindeki araştırmalarını daha da güçlendirmesi gerekmektedir. Özel işlem koşullarına dayanarak, sorunlar, temas direnç modeli kurulumu, ana hat boru ve iletken stres doğrulaması, gaz elektriksel temas özellikleri belirlenmesi, elektrik alan boşluğu tasarımı optimizasyonu ve mantıklı yalıtıcı tasarım gibi yöntemlerle analiz edilip çözümlenmelidir—böylece ekipmanın hizmet ömrü uzatılır.