12kV सॉलिड इन्सुलेटेड रिंग मेन यूनिट्स में तापमान वृद्धि का शोध और अनुकूलन
सोलिड इन्सुलेटेड रिंग मेन यूनिट (RMU) एक नई वितरण उपकरण है जो बाहरी सोलिड एनकैप्सुलेशन, इन्सुलेटेड बसबार और कॉम्पैक्ट कंबाइन्ड यूनिट तकनीक को एकत्रित करता है। इसके स्विच और उच्च-वोल्टेज लाइव घटक पूरी तरह से एपोक्सी रेजिन में एम्बेडेड होते हैं, जो लाइव भागों और ग्राउंड, और फेजों के बीच प्राथमिक इन्सुलेशन का काम करता है। SF₆ गैस-इन्सुलेटेड उपकरणों के एक पर्यावरण-अनुकूल विकल्प के रूप में, 12kV सोलिड इन्सुलेटेड RMU कई फायदे प्रदान करता है, लेकिन इसकी गर्मी विसरण की गुणवत्ता खराब होती है।
अध्ययन किए गए 12kV सोलिड इन्सुलेटेड RMU में, मुख्य चालक लूप एपोक्सी और सिलिकोन रबर सामग्रियों में एंकेस्ड होते हैं। जबकि डिसकनेक्टिंग स्विच वायु इन्सुलेशन का उपयोग करता है, यह एक अत्यंत संकीर्ण, सील्ड स्थान में रहता है जहाँ गर्मी विसरण की शर्तें खराब होती हैं। इससे यह तापमान वृद्धि सीमाओं को पार करने के लिए बहुत संवेदनशील हो जाता है। लंबे समय तक उच्च तापमान की एक्सपोजर से उपकरण की निर्माण सामग्रियों का विकृत होना और थर्मल एजिंग होना हो सकता है। यह विकार उत्पाद की इन्सुलेशन प्रदर्शन को कम करता है, जिससे उत्पाद की समग्र गुणवत्ता और विश्वसनीयता में गिरावट आती है। गंभीर मामलों में, यह विद्युत दुर्घटनाओं को ट्रिगर कर सकता है, जो सामान्य संचालन को बाधित करता है।
तापमान वृद्धि के मुद्दे को संबोधित करने की महत्वाकांक्षी और अन्तर्निहित कठिनाई के कारण, यह तीव्र शोध का केंद्र बन गया। संरचनात्मक अनुकूलन लगातार किए गए ताकि तापमान वृद्धि मार्जिन बढ़ाया जा सके, जिससे उत्पाद का लंबे समय तक स्थिर संचालन सुनिश्चित हो। सोलिड इन्सुलेटेड RMU की इन्सुलेशन मुख्य रूप से वायु और सोलिड इन्सुलेशन का संयोजन उपयोग करती है। प्रारंभिक डिजाइन पर आधारित एक प्रोटोटाइप ने तापमान वृद्धि शोध परीक्षण जारी किया। तालिका 1 में महत्वपूर्ण परीक्षण बिंदु डेटा दिखाया गया है।
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क्रमांक |
मापन बिंदु स्थान |
मानक (K) |
संतुलन तापमान (°C) |
तापमान वृद्धि (K) |
मानक से मार्जिन (K) |
टिप्पणी |
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1 |
A-फेज डिसकनेक्ट कनाई पाइवट |
65.0 |
86.1 |
73.0 |
-8.0 |
पारित |
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2 |
A-फेज डिसकनेक्ट कनाई टिप |
65.0 |
78.2 |
65.1 |
-1.1 |
पारित |
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3 |
B-फेज डिसकनेक्ट कनाई पाइवट |
65.0 |
86.4 |
73.3 |
-8.3 |
पारित |
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4 |
B-फेज डिसकनेक्ट कनाई टिप |
65.0 |
88.0 |
74.9 |
-9.9 |
पारित |
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5 |
C-फेज डिसकनेक्ट कनाई पाइवट |
65.0 |
80.6 |
67.5 |
-2.5 |
पारित |
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6 |
C-फेज डिसकनेक्ट कनाई टिप |
65.0 |
81.6 |
68.5 |
-3.5 |
पारित |
तालिका 1 में दिखाया गया है, प्रारंभिक डिजाइन पर आधारित प्रोटोटाइप पर तापमान वृद्धि परीक्षण ने डिसकनेक्टिंग कनाई पाइवट और टिप पर सीमाओं की गंभीर अतिक्रमण दिखाई दी। इस मुद्दे को सुलझाने के लिए, अनुकूलन प्रयास निम्नलिखित दो पहलुओं पर केंद्रित थे:
- मैग्नेटोथर्मल कप्लिंग सिमुलेशन (ANSOFT का उपयोग करके): चालक संपर्क विधियों, अनियमित चालकों के आकार, और चालक अनुप्रस्थ क्षेत्र के क्षेत्र का ऑप्टीमाइजेशन करने के लिए मैग्नेटोथर्मल कप्लिंग सिमुलेशन करें। यह स्रोत से जौल गर्मी उत्पादन को कम करके आंतरिक गर्मी उत्पादन को कम करता है।
- कैबिनेट-स्तरीय थर्मल सिमुलेशन (ICEPAK का उपयोग करके): कैबिनेट-स्तरीय थर्मल सिमुलेशन करें ताकि प्रभावी गर्मी विसरण मार्ग स्थापित किए जा सकें, चालकों के स्वयं के गर्मी विसरण गुणांक बढ़ाए जा सकें, और उत्पन्न गर्मी को प्रभावी रूप से विसरित किया जा सके। यह दृष्टिकोण चालक लूप के तापमान को गर्मी को रोकने और विसरित करने के दोहरे दृष्टिकोण से कम करने का लक्ष्य रखता है।
मैग्नेटोथर्मल कप्लिंग सिमुलेशन
चूंकि लगाए गए विद्युत धारा 1000A से कम थी, इस सिमुलेशन ने केवल चालक पथ में लूप प्रतिरोध द्वारा उत्पन्न जौल गर्मी को मॉडलिंग किया। सिमुलेटेड तापमान वितरण सीधे जौल गर्मी प्रभावों को दर्शाता है, जिसमें विकिरण या अनुप्रवाह के माध्यम से गर्मी विसरण शामिल नहीं है। यह परिणाम चालक संरचना के तापमान वितरण पर प्रभाव का विश्लेषण करने के लिए उपयुक्त है। महत्वपूर्ण उत्पाद तकनीकी पैरामीटर्स तालिका 2 में सूचीबद्ध हैं।
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क्रमांक |
पैरामीटर नाम |
मान |
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1 |
निर्धारित वोल्टेज (kV) |
12 |
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2 |
निर्धारित धारा (A) |
700 |
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3 |
A-फेज लूप प्रतिरोध (μΩ) |
190 (मान्यता) |
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4 |
B-फेज लूप प्रतिरोध (μΩ) |
190 (मान्यता) |
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5 |
C-फेज लूप प्रतिरोध (μΩ) |
190 (मान्यता) |
सिमुलेशन परिणाम
आकृति 1 इन्सुलेशन मॉड्यूल का मैग्नेटोथर्मल कप्लिंग तापमान वितरण दिखाती है। आकृति 2 आंतरिक चालक पथ का कुल मैग्नेटोथर्मल कप्लिंग तापमान वितरण दिखाती है। ANSOFT सॉफ्टवेयर का उपयोग करके मैग्नेटोथर्मल कप्लिंग सिमुलेशन ने दिखाया कि ऊँची गर्मी उत्पादन की प्रमुख स्थान डिसकनेक्टिंग कनाई के टिप और स्थिर संपर्क बिंदुओं थे। B-फेज डिसकनेक्टिंग कनाई, विशेष रूप से, निरंतर उच्च तापमान दिखाती थी। संरचनात्मक ऑप्टीमाइजेशन की आवश्यकता है ताकि संकीर्ण प्रतिरोध को कम किया जा सके और चालक अनुप्रस्थ क्षेत्र को समान बनाया जा सके।
कैबिनेट-स्तरीय थर्मल सिमुलेशन
ICEPAK सॉफ्टवेयर का उपयोग करके कैबिनेट-स्तरीय थर्मल सिमुलेशन धारा प्रवाह के बाद चालक पथ से गर्मी विसरण के वितरण और रूप, और एनक्लोजर के गर्मी ट्रांसफर पर प्रभाव का अध्ययन किया।
तकनीकी आवश्यकताएं
तापमान वृद्धि मानक GB/T 11022-2011 "उच्च-वोल्टेज स्विचगियर और नियंत्रण उपकरण मानकों के सामान्य विनिर्देशों" का पालन करता है। आपत्तिजनक मानकों के अनुसार:
- स्पर्शन योग्य एनक्लोजर का अधिकतम तापमान: 70°C (पर्यावरण से 30 K ऊपर अधिकतम तापमान वृद्धि)।
- निर्स्पर्शन योग्य एनक्लोजर का अधिकतम तापमान: 80°C (पर्यावरण से 40 K ऊपर अधिकतम तापमान वृद्धि)।
- अधिकतम चालक तापमान: 115°C (पर्यावरण से 75 K ऊपर अधिकतम तापमान वृद्धि)।
- अधिकतम संपर्क तापमान: 105°C (पर्यावरण से 65 K ऊपर अधिकतम तापमान वृद्धि)।
तापमान वृद्धि परीक्षणों के लिए, आमतौर पर 1.1 गुना निर्धारित धारा का उपयोग सौर विकिरण प्रभावों को ध्यान में रखते हुए किया जाता है।
सॉफ्टवेयर सेटिंग्स
आरंभिक तापमान: 20°C; तीन-फेज धारा फेज कोण: 0°, 120°, -120°।
सिमुलेशन परिणाम
कैबिनेट-स्तरीय थर्मल सिमुलेशन परिणाम (आकृति 4) दिखाते हैं कि निर्देशित एनक्लोजर के शीर्ष प्लेट और इन्सुलेशन मॉड्यूल के ऊपरी भाग के बीच छोटा क्लियरेंस होने के कारण, कैबिनेट के ऊपरी भाग पर प्रभावी गर्मी विसरण क्षेत्र बहुत सीमित है। इस परिणामस्वरूप, गर्मी शीर्ष पर संकेंद्रित हो जाती है, जिससे विसरण में कठिनाई होती है, जिससे बसबार तापमान वृद्धि लगातार ऊँची रहती है। निर्देशित कैबिनेट के अंदर अधिक गर्मी विसरण स्थान प्रदान करने के लिए, कैबिनेट की ऊंचाई बढ़ाई गई और इसके आंतरिक सतहों पर गर्मी-विसरण कोटिंग लगाई गई।
संरचनात्मक ऑप्टीमाइजेशन के बाद तापमान वृद्धि परीक्षण
सिमुलेशन अध्ययन और प्रारंभिक तापमान वृद्धि परीक्षण के नतीजों के बाद, कैबिनेट और कुछ घटकों में संशोधन किए गए। इसके बाद एक अग्रिम तापमान वृद्धि परीक्षण आयोजित किया गया (तालिका 4 देखें)।
