موصلات الدائرة المقطوعة ذات الخزان الميت: تحسين التوازن الكهربائي وإدارة سلامة المجال الكهربائي المستندة إلى المحاكاة ثلاثية الأبعاد
أ. التشخيص المشكلات: آليات عدم توازن الجهد ودراسات الحالة التجريبية
تؤثر معقولية تكوين التدرج الجهد بشكل مباشر على قدرة الفصل والموثوقية العازلة للمقاطع الكهربائية ذات الخزان الميت عالي الجهد. بسبب السعة الطارئة الكبيرة نحو الأرض الموجودة في بنى الخزان الميت، غالبًا ما يكون توزيع الجهد عبر المقاطع غير متساوٍ؛ حيث يمكن أن يتجاوز الجهد عبر القطع الطرفية عالية الجهد 70٪. حاليًا، تعاني الصناعة من نقص في البحث حول تكوينات التدرج وعدم اختيار المكثفات بشكل مناسب. غالبًا ما يؤدي ذلك إلى زيادة قوة المجال الكهربائي عند نقاط الاتصال المعدنية، مما يثير الإفراز الجزئي (PD) ويقلص عمر الخدمة للمعدات.
حالة نموذجية: استخدم مشروع كهربائي مقاطع ثلاثية فاصلة للخزان الميت بجهد 126 كيلو فولت. في البداية، تم استخدام تكوين ثنائي الجانب لمكثف التدرج. بعد التشغيل، أظهرت المحاكاة لقوى المجال الكهربائي عدم توازن شديد في توزيع الجهد: بلغ نسبة الجهد عبر القطع الطرفية عالية الجهد 74٪، بينما كانت النسبة عبر القطع الوسطى 19٪، والنسبة عبر القطع الطرفية المنخفضة الجهد فقط 7٪. بالإضافة إلى ذلك، وصلت القوة القصوى للمجال الكهربائي عند نقاط الاتصال المعدنية إلى 18 كيلو فولت/ملم، مما يتجاوز حد الأمان البالغ ≤3 كيلو فولت/ملم. بعد ستة أشهر من التشغيل، تم اكتشاف ضوضاء إفراز جزئي غير طبيعية في القطع الطرفية عالية الجهد. تأكد أن التكوين غير المناسب للتدرج أدى إلى تركيز القوة الكهربائية، والذي إذا لم يتم التعامل معه، سيؤدي إلى الشيخوخة العازلة والفشل في الفصل.
ب. التحسين الدقيق: إعادة بناء نظام التدرج المدعوم بالمحاكاة ثلاثية الأبعاد
مع التركيز على تحسين التدرج وتوزيع الجهد، ومع مراعاة خصائص بنى الخزان الميت، يتم اعتماد نهج ثلاثي - اختيار التكوين، التطابق السعوي، والتناغم الهيكلي - لحل القضايا الأساسية:
-
تحسين هيكل تكوين التدرج: يتم إعطاء الأولوية لتكوينات مكثف التدرج الأسطوانية، والتي توفر أفضل تأثير للتدرج. يمكن أن يتحكم هذا في القوة القصوى للمجال الكهربائي عند نقاط الاتصال المعدنية بحيث لا تتجاوز 3 كيلو فولت/ملم، مما يحسن توزيع الجهد بشكل فعال ويضمن أن يبقى الجهد عبر القطع الطرفية عالية الجهد ضمن نطاق معقول.
-
التطابق الدقيق لمكثف التدرج: من خلال الجمع بين نماذج المحاكاة ثلاثية الأبعاد لقوى المجال الكهربائي لمستويات مختلفة من الجهد (مثل 126 كيلو فولت، 252 كيلو فولت) وكميات المقاطع، يتم حساب أفضل سعة لتدرج الجهد. هذا يمنع تأثير السعة غير المناسبة على استعادة العازل للمقطع ويضمن تحسين تساوي توزيع الجهد عبر المقاطع لأكثر من 90٪.
-
التحسين التناغمي الهيكلي: يتم تحسين القضبان الموصلة الداخلية وأغطية التحريض للمقطع الكهربائي لتقليل السعة الطارئة نحو الأرض، مما يحسن توزيع الجهد بشكل أكبر. يستخدم المقطع الكهربائي نقاط اتصال من سبيكة النحاس-الكروم (CuCr) لتعزيز أداء إخماد القوس الكهربائي، مما يضمن الفصل الموثوق به تحت تأثير تيار القصر.
ج. التحقق من الفعالية: الامتثال المزدوج لتوازن الجهد وأمان المجال الكهربائي
تنفيذ هذه الخطة يحل بشكل فعال مشاكل تكوينات التدرج غير المعقلنة وتوزيع الجهد غير المتساوي، مما يقضي على الإفراز الجزئي الناجم عن تركيز القوة الكهربائية. بناءً على الخبرة العملية في التحديث، يظل توزيع الجهد عبر المقاطع متوازنًا بعد التحسين، وتتوافق قوة المجال الكهربائي عند نقاط الاتصال المعدنية مع معايير السلامة ولا يحدث أي ظاهرة لإفراز جزئي. يتم تعزيز قدرة الفصل والموثوقية العازلة للمعدات بشكل كبير، مما يمدد عمر الخدمة بشكل فعال.
