১২কেভি বায়ু-আইসোলেটেড রিং মেইন ইউনিট আইসোলেটিং গ্যাপের অপটিমাইজেশন ডিজাইন স্কিম ভেঙ্গে যাওয়ার সম্ভাবনা কমাতে

পাওয়ার শিল্পের দ্রুত বিকাশের সাথে সাথে, কার্বন-কম, শক্তি সংরক্ষণ, এবং পরিবেশ সুরক্ষার বায়োলজিক ধারণা পাওয়ার সাপ্লাই এবং ডিস্ট্রিবিউশন ইলেকট্রিক্যাল পণ্যের ডিজাইন এবং নির্মাণে গভীরভাবে একত্রিত হয়েছে। রিং মেইন ইউনিট (RMU) ডিস্ট্রিবিউশন নেটওয়ার্কের একটি গুরুত্বপূর্ণ ইলেকট্রিক্যাল ডিভাইস। নিরাপত্তা, পরিবেশ সুরক্ষা, অপারেশনাল নিরাপত্তা, শক্তি দক্ষতা, এবং অর্থনৈতিক সুবিধা এর বিকাশের অনিবার্য প্রবণতা। ঐতিহ্যগত RMU মূলত SF6 গ্যাস-ইনসুলেটেড RMU দ্বারা প্রতিনিধিত্ব করা হয়। SF6-এর অসাধারণ আর্ক-নির্মূল ক্ষমতা এবং উচ্চ ইনসুলেশন পারফরম্যান্সের কারণে এগুলি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে। তবে, SF6 গ্রিনহাউস প্রভাব সৃষ্টি করে। গ্রিনহাউস গ্যাসের উপর বিধিনিষেধ চাপ বৃদ্ধির সাথে সাথে, পরিবেশ-বান্ধব গ্যাস-ইনসুলেটেড RMU বিকাশ করা এবং SF6-এর বিকল্প হিসেবে ব্যবহার করা একটি অবশ্যই প্রবণতা হয়ে উঠেছে।

বর্তমানে, পরিবেশ-বান্ধব গ্যাস-ইনসুলেটেড RMU হল নাইট্রোজেন-ইনসুলেটেড RMU এবং ড্রাই এয়ার-ইনসুলেটেড RMU। সাহিত্যে এই বিকল্পগুলি প্রস্তাব করা হয়েছে। SF6-এর ইনসুলেশন ক্ষমতার তুলনায়, নাইট্রোজেন এবং ড্রাই এয়ারের ইনসুলেশন ক্ষমতা প্রায় এক-তৃতীয়াংশ। তাই, মিডিয়ামের ইনসুলেশন পারফরম্যান্স হ্রাসের কারণে RMU এবং তার অভ্যন্তরীণ সুইচের সমগ্র ইনসুলেশন পারফরম্যান্স ক্ষতি না হয়, এবং বিদ্যমান ক্যাবিনেট স্পেস রক্ষা করা খুবই গুরুত্বপূর্ণ। এটি মূলত অভ্যন্তরীণ ইলেকট্রিক্যাল স্ট্রাকচার এবং ইনসুলেশন স্ট্রাকচারের ডিজাইনে প্রতিফলিত হয়। যৌক্তিক ইলেকট্রিক্যাল এবং ইনসুলেশন স্ট্রাকচার ডিজাইন মিডিয়ামের পারফরম্যান্সের ঘাটতি পূরণ করতে পারে।

এই পেপার 12kV এয়ার-ইনসুলেটেড RMU-এর একটি আইসোলেটিং গ্যাপে ফোকাস করে। এটি এই অবস্থানের নিকটবর্তী ইলেকট্রিক ফিল্ড বিতরণ এবং এর সুষমতা বিশ্লেষণ করে, এই অবস্থানের ইনসুলেশন পারফরম্যান্স মূল্যায়ন করে, এবং ডিসচার্জ এবং ইনসুলেশন পারফরম্যান্স উন্নয়নের জন্য স্ট্রাকচারাল অপটিমাইজেশন করে। এই গবেষণার উদ্দেশ্য হল একই রকম পণ্যের ইনসুলেশন ডিজাইনের জন্য একটি রেফারেন্স প্রদান করা।

​1 এয়ার-ইনসুলেটেড RMU-এর স্ট্রাকচার​

এই পেপারে অধ্যয়ন করা এয়ার-ইনসুলেটেড RMU-এর 3D স্ট্রাকচারাল মডেল চিত্র 1-এ দেখানো হয়েছে। RMU-এর মুখ্য সার্কিট স্ট্রাকচার একটি ভ্যাকুয়াম সুইচ এবং একটি তিন-অবস্থান সুইচ যৌথভাবে গ্রহণ করে। ব্যবস্থাপনা একটি যোগাযোগ স্কিম ব্যবহার করে, যেখানে তিন-অবস্থান সুইচ বাসবার পাশে অবস্থিত, অর্থাৎ, তিন-অবস্থান সুইচ এর উপরের দিকে সাজানো হয়, এবং ভ্যাকুয়াম সুইচ একটি সলিড-ইনসুলেটেড পোল দিয়ে নিচের দিকে সাজানো হয়।

ভ্যাকুয়াম সুইচ পোলের মধ্যে এনক্যাপসুলেট করা হয়, তাই এর বাইরে ইপক্সি রেজিন দ্বারা ইনসুলেট করা হয়। ইপক্সি রেজিনের ইনসুলেশন ক্ষমতা এয়ারের তুলনায় অনেক বেশি, তাই ইনসুলেশন প্রয়োজনীয়তা পূরণ করে। আরও, সলিড-ইনসুলেটেড পোলের সিল এন্ডে সংযোগ বাসবারে গোলাকার কোণ, বক্র ডিজাইন, এবং সিলিকন রাবার সিলিং যোগ করা হয়, যা এই বিন্দুতে পার্শিয়াল ডিসচার্জ সমস্যা সমাধান করে। বাসবার এবং গ্রাউন্ডের মধ্যে ইনসুলেশন ক্লিয়ার্যান্স সম্পর্কিত ইনসুলেশন প্রয়োজনীয়তা অনুযায়ী ডিজাইন করা হয় এবং নিয়মাবলী অনুসরণ করে।

তিন-অবস্থান সুইচের আইসোলেটিং ব্লেড সম্পূর্ণভাবে এয়ার মিডিয়ামের উপর ইনসুলেট করা হয়। একটি চলমান সংযোগ উপাদান হিসেবে, এর স্ট্রাকচারাল ডিজাইনে পিন, স্প্রিং, ডিস্ক স্প্রিং, এবং রেটেইনিং রিং সহ ধাতু উপাদানগুলি যোগ করা হয় যাতে আইসোলেটিং কন্টাক্টের মধ্যে সংযোগ চাপ বাড়ে। তবে, এই ধাতু উপাদানগুলির বিশেষ আকৃতির কারণে এটি খুব অসুষম ইলেকট্রিক ফিল্ড বিতরণ তৈরি করতে পারে, যা পার্শিয়াল ডিসচার্জ সৃষ্টি করে। এটি বিপরীত ডিসচার্জের ঝুঁকি বাড়ায়, এবং এই অবস্থানের ইনসুলেশন পারফরম্যান্সকে প্রভাবিত করে। তাই, এখানে ইলেকট্রিক্যাল স্ট্রাকচারের ডিজাইন বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ।

পণ্য ডিজাইনের প্রয়োজনীয়তা অনুযায়ী, আইসোলেটিং গ্যাপ 50kV রেটেড শর্ট-টাইম পাওয়ার-ফ্রিকোয়েন্সি উইথস্ট্যান্ড ভোল্টেজ সহ্য করতে হবে। আইসোলেটিং গ্যাপের ন্যূনতম ইলেকট্রিক্যাল ক্লিয়ার্যান্স 100mm হিসেবে ডিজাইন করা হয়েছে। আইসোলেটিং ব্লেডের স্ট্রাকচারের জটিলতা বিবেচনায়, আইসোলেটিং ব্লেডের দুই পাশে গ্রেডিং শিল্ড যোগ করা হয়েছে যাতে ইলেকট্রিক ফিল্ড সুষমতা বাড়ে এবং পার্শিয়াল ডিসচার্জ হ্রাস পায়। তিন-অবস্থান সুইচের 3D মডেল চিত্র 2-এ দেখানো হয়েছে। এই পেপার আইসোলেটিং গ্যাপের ইলেকট্রিক ফিল্ড সিমুলেশন বিশ্লেষণ করে।

ফাইনাইট এলিমেন্ট সফটওয়্যার ব্যবহার করে RMU-এর ইলেকট্রিক ফিল্ড সিমুলেশন করা হয়, এবং দেওয়া 50kV রেটেড শর্ট-টাইম পাওয়ার-ফ্রিকোয়েন্সি উইথস্ট্যান্ড ভোল্টেজের অধীনে আইসোলেটিং গ্যাপের মধ্যে ইলেকট্রিক ফিল্ড তীব্রতা বিতরণ বিশ্লেষণ করা হয়। দুটি সিনারিও ইলেকট্রোস্ট্যাটিক ফিল্ড সিমুলেশনের জন্য সংজ্ঞায়িত করা হয়:

• ​সিনারিও 1:​​ বাসবার পাশ (আইসোলেটিং স্ট্যাটিক কন্টাক্ট সিটের পাশ) 0V (নিম্ন পটেনশিয়াল) সংযুক্ত, লাইন পাশ (আইসোলেটিং ব্লেড হেডের পাশ) 50kV (উচ্চ পটেনশিয়াল) সংযুক্ত।
• ​সিনারিও 2:​​ বাসবার পাশ (আইসোলেটিং স্ট্যাটিক কন্টাক্ট সিটের পাশ) 50kV (উচ্চ পটেনশিয়াল) সংযুক্ত, লাইন পাশ (আইসোলেটিং ব্লেড হেডের পাশ) 0V (নিম্ন পটেনশিয়াল) সংযুক্ত।

সিমুলেশন থেকে আইসোলেটিং গ্যাপের মধ্যে সর্বোচ্চ ইলেকট্রিক ফিল্ড তীব্রতা বিতরণ উভয় সিনারিওর জন্য প্রাপ্ত হয়। সিনারিও 1-এর জন্য আইসোলেটিং ব্লেড হেডের ইলেকট্রিক ফিল্ড তীব্রতা বিতরণ চিত্র 3-এ দেখানো হয়, এবং সিনারিও 2-এর জন্য আইসোলেটিং স্ট্যাটিক কন্টাক্ট সিটের ইলেকট্রিক ফিল্ড তীব্রতা বিতরণ চিত্র 4-এ দেখানো হয়। সিনারিও 1-এ সর্বোচ্চ ইলেকট্রিক ফিল্ড তীব্রতা গ্রেডিং শিল্ডের শেষ প্রান্তে 7.07 kV/mm হয়। সিনারিও 2-এ সর্বোচ্চ ইলেকট্রিক ফিল্ড তীব্রতা আইসোলেটিং স্ট্যাটিক কন্টাক্ট সিটের চামচার প্রান্তে 4.90 kV/mm হয়।

স্ট্যান্ডার্ড শর্তাবলীতে এয়ারের সমাপ্তি বিপরীত ইলেকট্রিক ফিল্ড তীব্রতা সাধারণত 3 kV/mm। চিত্র 3 এবং 4-এ দেখা যায় যে, আইসোলেটিং গ্যাপের মধ্যে স্থানীয় এলাকাগুলি 3 kV/mm-এর বেশি হলেও, অন্যান্য এলাকাগুলি এই থ্রেশহোল্ডের নিচে থাকে, যা বিপরীত ডিসচার্জের সম্ভাবনা কম করে। তবে, ফিল্ড তীব্রতা 3 kV/mm-এর বেশি হলে স্থানীয় এলাকায় পার্শিয়াল ডিসচার্জ ঘটে।

এয়ার শুকনো থেকে আর্দ্র হলে, এর ইনসুলেশন ক্ষমতা হ্রাস পায়। সুষম ফিল্ড শর্তাবলীতে এয়ারের সমাপ্তি বিপরীত ইলেকট্রিক ফিল্ড তীব্রতা 3 kV/mm-এর নিচে পড়ে। আরও, অত্যন্ত অসুষম ইলেকট্রিক ফিল্ড বিতরণ এয়ারের সমাপ্তি বিপরীত ফিল্ড তীব্রতাকেও হ্রাস করে। উভয় কারণে বিপরীত ডিসচার্জের সম্ভাবনা এবং ঝুঁকি বাড়ে। বাহ্যিক পরিবেশের শর্তাবলী এবং এয়ার ইনসুলেশন মিডিয়ামের উপর প্রভাব হ্রাস করতে এবং ইলেকট্রিক ফিল্ডের সুষমতা গুণাঙ্ক উন্নয়ন করতে, এই পেপার আইসোলেটিং গ্যাপের মধ্যে ইলেকট্রিক ফিল্ডের সুষমতা গুণাঙ্ক এবং গ্যাপের উইথস্ট্যান্ড ভোল্টেজ মান নির্ধারণ করার উদ্দেশ্যে প্রয়াস রাখে। এটি আইসোলেটিং গ্যাপের ইনসুলেশন ক্ষমতা উন্নয়নের ভিত্তি হিসেবে কাজ করে।

​3 এয়ার ইনসুলেশনের বৈশিষ্ট্য​

​3.1 ইলেকট্রিক ফিল্ডের অসুষমতা গুণাঙ্কের নির্ধারণ​

প্রাকৃতিকভাবে সম্পূর্ণ সুষম ইলেকট্রিক ফিল্ড থাকে না; সব ইলেকট্রিক ফিল্ড অসুষম। অসুষমতা গুণাঙ্ক f-এর উপর ভিত্তি করে, ইলেকট্রিক ফিল্ড দুই প্রকারে শ্রেণীবদ্ধ করা হয়: যখন f ≤ 4, তখন কিছুটা অসুষম ইলেকট্রিক ফিল্ড; এবং যখন f > 4, তখন অত্যন্ত অসুষম ইলেকট্রিক ফিল্ড। ইলেকট্রিক ফিল্ডের অসুষমতা গুণাঙ্ক f নির্ধারণ করা হয় f = E_max / E_avg দ্বারা, যেখানে E_max হল স্থানীয় সর্বোচ্চ ইলেকট্রিক ফিল্ড তীব্রতা, যা সিমুলেশন ফলাফল থেকে প্রাপ্ত হয়, এবং E_avg হল গড় ইলেকট্রিক ফিল্ড তীব্রতা, যা প্রয়োগকৃত ভোল্টেজ দিয়ে ন্যূনতম ইলেকট্রিক্যাল ক্লিয়ার্যান্স দিয়ে বিভাজন করে গণনা করা হয়।

চিত্র 3 থেকে, E_max = 7.07 kV/mm এবং E_avg = 0.5 kV/mm (50kV / 100mm)। তাই, আইসোলেটিং গ্যাপের অসুষমতা গুণাঙ্ক f = 14.14 > 4, যা এটিকে একটি অত্যন্ত অসুষম ফিল্ড হিসেবে শ্রেণীবদ্ধ করে। অত্যন্ত অসুষম ফিল্ডের কাছাকাছি স্থিতিশীল পার্শিয়াল ডিসচার্জ ঘটতে পারে। অসুষমতার মাত্রা বেশি হলে, পার্শিয়াল ডিসচার্জ সুস্পষ্ট হয় এবং ডিসচার্জের পরিমাণ বেশি হয়। 12kV RMU-এর জন্য, প্রয়োজন হল ক্যাবিনেটের সমগ্র পার্শিয়াল ডিসচার্জ 20pC-এর নিচে হবে। অসুষমতা গুণাঙ্ক f হ্রাস করা পার্শিয়াল ডিসচার্জের পরিমাণ হ্রাসের জন্য সুবিধাজনক।

​3.2 এয়ার