Орта кернеу қосқыш құрылғылары: Қуаттың берілу кезіндегі жоғалтуларды азайтудың негізгі кілті

Қуат жоғалтуының физикасы және орта кернеу қосқыш құрылғыларының оны азайтудағы негізгі рөлі

I²R жоғалтулары туралы түсіндірме: Жоғары кернеумен берілу тогын төмендетіп, кедергілік жоғалтуларды қалай азайтады

Электр тогы сымдар арқылы өткен кезде, жоғалтулардың көпшілігі өткізгіштегі кедергіден туындайтын жылу салдарынан пайда болады, бұл біздің «Джоуль заңы» деп атайтын заңға сай (P_жоғалту = I² × R). Мұндағы қызықты нәрсе — қуат жоғалтуының токқа қалай тәуелді екендігі: ток мәнін біршама азайтқанда, пайдалы әсер коэффициенті қатты артады. Осы себепті көптеген жүйелер қазір төмен кернеу деңгейлерін қолдануға қарағанда, 1–36 киловольт аралығындағы орташа кернеу деңгейлерінде қуат таратуды қолданады. Бұл жоғары кернеу деңгейлерінде сол қуатты кабельдер арқылы әлдеқайда аз ток өткізу арқылы беруге болады. Егер кернеу екі есе азайса, ток екі есе артады; ал егер кернеу екі есе артса, ток екі есе азаяды. Бұл қарапайым өзгеріс бірдей өлшемдегі өткізгіштерді қолданған кезде осы «I²R» жоғалтуларын шамамен үш төрттен біріне дейін азайтады. Сондықтан орташа кернеу жабдықтары қазіргі заманғы өнеркәсіптік және коммерциялық қуат тарату жүйелерінің негізін құрайды. Бұл жүйелер ұзақ қашықтыққа тұрақты жоғары кернеуді беріп отырады және көп мөлшерде шығындалған жылу бере алмайды. Қазіргі заманғы қосқыш қондырғыларына мыс шиналары (өте жоғары өткізгіштікке ие) және кедергіні мүмкіндігінше азайту үшін күміспен капталған контакттар кіреді. Барлық осы жақсартулар қосымша энергия шығынын азайтады; Понемон институтының 2023 жылы жариялаған зерттеуіне сәйкес, орташа кәсіпорындарда осындай шығындар жылына шамамен жеті жүз қырық мың долларға тең болады.

Орта кернеу қосқыш құрылғысы — трансформаторлық подстанция мен соңғы жүктеме арасындағы стратегиялық басқару түйіні

Орта кернеу қосқыш қондырғылары бұл үлкен жоғары кернеу трансформаторлық подстанциялар мен желінің соңында қуатты қажет ететін кез келген құрылғы арасында орналасады. Бұлар тек қарапайым қосқыштар емес, сол сияқты электр энергиясының жүйе бойынша қозғалысын басқарады. Ішіндегі әртүрлі компоненттер — ақауларды өшірушілер, реле және әртүрлі сенсорлар тұрақты түрде жүктеменің қалай болып жатқанын бақылайды, мүмкін болатын ақауларды ерте анықтайды және одан әрі қуатты ең тиімді тәсілмен қажетті жерге бағыттайды. Егер не істесе де ақау пайда болса, бұл жүйелер ақауды миллисекундтар ішінде өте жылдам изоляциялап, ірі проблемалардың дамуын тоқтатады және құрылғылар мен жалпы энергиялық тиімділікті қорғайды. Мысалы, газбен изоляцияланған жүйелерді (GIS) қарастырайық. Олар кету токтарын және осы қиындық туғызатын жартылай разрядтарды ауамен изоляцияланған ескі нұсқаларға қарағанда әлдеқайда жақсы өңдейді, сондықтан біздің барлығымыз төлейтін осы қажетсіз «фантом» шығындарын азайтады. Халықаралық Энергетикалық Агенттігі әлем бойынша электрлік шығындарды азайтудағы 1% ғана жақсарту жылына шамамен 87 тераватт-сағат энергия үнемдейтінін хабарлайды. Орта кернеу қосқыш қондырғыларының құндылығы — олар қорғау механизмдерін, өлшеу мүмкіндіктерін және ақылды басқару жүйелерін бір ғана құрылғыға біріктіреді, сондықтан электр энергиясы торапқа кіретін жерден бастап жеке құрылғыларға дейінгі барлық электр жүйесінде нақты жақсарту әкеледі.

Энергияның пайдалануын тікелей жақсартатын негізгі орта кернеу қосқыш құрылғыларының компоненттері

Оңтайландырылған шиналар мен түйісу материалдары: Өткізгіштік пен беттік инженерия арқылы Джоульдың жылулануын азайту

Жоғары өткізгіштікке ие мыс пен алюминий шиналар электр тогы үшін негізгі өткізу жолы болып табылады, сондықтан олардың конструкциясы барлығымыз болдырмақшы болатын осы қиыншылық туғызатын I²R шығындарына үлкен әсер етеді. Қосылу нүктелеріне күміс қолданылғанда, бұл қалыпты қапталмаған қосылыстарға қарағанда тұрақты токтың қосылу кедергісін шамамен 15% азайтады. Бұл осы нүктелерде жылу тасымалының азаюын және жүйелер үздіксіз жұмыс істеген кезде температураны бақылауды жақсартады. Сандар да қызықты ақпарат береді. Ponemon Institute-ның 2023 жылғы зерттеулеріне сәйкес, орташа өлшемдегі қосалқы станцияда шиналардың жалпы кедергісін шамамен 1% азайту жылына шамамен 740 000 доллар үнемдейді. Алдағы уақытта бұл салада қызықты даму үдерістері жүруде. Өндірушілер таза мыстың өткізгіштігіне жақын (шамамен 98% IACS бағасы) арнайы қорытпаларды құруға, қауіпті ыстық нүктелерді тудыратын тотығу процесін тоқтату үшін қорғаныс қабаттарын қолдануға және жабдық панельдерінде қосымша орын алып жүрмейтіндей етіп формаларды қайта жобалауға тырысады.

Изоляциялық жүйелер (GIS мен AIS): Сығылу тогына, бөлшекті разрядқа және жылулық тұрақтылыққа әсері

Газдық изоляциялы қосқыш қондырғысы (GIS деп қысқартылады) барлық тірі бөліктерді қысымдағы SF6 газы немесе жаңартылған SF6-сіз опциялар ішіне орналастыру арқылы жұмыс істейді. Бұл орнату негізінде беттік сыйымдылықтық ағындарды тоқтатады және дербес разрядтарды дәстүрлі ауалық изоляциялық жүйелермен салыстырғанда шамамен 90 пайызға азайтады. Барлығын қамтитын осы конструкция электрлік қасиеттерді температура 40 градус Цельсийден жоғары көтерілген кезде де тұрақты ұстайды. Тағы бір үлкен артықшылығы — орын үнемдеу: GIS дәстүрлі жүйелерге қарағанда шамамен 70% аз орын алады. Сонымен қатар, бұл қондырғылардың жылдық сыйымдылықтық жоғалтуы өте төмен — жылына 0,005%–тен аспайды. Алайда, дәстүрлі ауалық изоляциялық жабдықтар беттік трекинг проблемалары мен компоненттерге су енуі салдарынан ылғалды немесе ластанған жағдайларда әр жылы 8–12% арасында тиімділігін төмендетеді. Барлық бұл факторлар GIS-ті сенімді жұмыс істеуге қажеттілік пен аз орын алу талаптарын қатар қанағаттандыратын және уақыт өте келе энергия үнемдейтін жағдайларда ерекше көрінуін түсіндіреді.

Қазіргі орта кернеу қосқыштары арқылы іске асырылатын ақылды қорғану және ықпалдастыру стратегиялары

Таңдалған ықпалдастыру: тізбектің өшіп кетуі мен энергияның шығынын болдырмау үшін уақыт-ток қисықтарын салыстыру

Селективті координация дұрыс жұмыс істеген кезде электрлік ақаулар жүйенің басқа бөліктеріне проблемалар туғызбастан, олардың пайда болу орнында-ақ изоляцияланады. Бұл қате болған нәрсенің әсерінен тиісті емес тізбектерде қуаттың үзілмей жұмыс істеуін қамтамасыз етеді. Осыны іске асырудың негізгі құпиясы — әртүрлі қорғаушы құрылғылар (мысалы, автоматты өшіргіштер мен сақтандырғыштар) арасындағы уақыт-ток сипаттамаларын сәйкестендіруде жатыр. Қазіргі заманғы орта кернеудегі жабдықтар бұны ескі жүйелерге қарағанда тиімдірек орындайды, сондықтан егер қандай да бір ақау пайда болса, оның әсері шектеулі аймаққа шоғырланады, ал энергия шығыны азаяды және бүкіл өндірістік процесстер тоқтатылмайды. Ойланыңыз: өткен жылы Ponemon Institute зерттеуіне сәйкес, бақыланбайтын электрлік ақаулар әр рет пайда болғанда орташа шамамен $740 000-ға дейін қаржылық залалға әкелуі мүмкін. Ал дұрыс координация стратегияларына инвестиция жасайтын компаниялар әдетте өз шығындарын 40–60 пайызға дейін төмендетеді, сонымен қатар техникалық қызмет көрсету немесе жөндеу кезінде маңызды қызметтердің жұмысын үзілмей ұстауға қол жеткізеді.

Цифрлық реле және өнеркәсіптік интеллектке негізделген орнатулар: Қажетсіз сөндіруді азайту және үздіксіз, тиімді ағысты ұстап тұру

Қазіргі заманғы цифрлық қорғаныс релелері уақыттың өзгерісіне бейімделетін, нақты уақытта талдау жасайтын мүмкіндіктері, реттелетін параметрлері мен ақылды өзін-өзі калибрлеу қабілеттері бар болғандықтан, ескі электромеханикалық релелердің орнын басуда. Бұл жаңа жүйелер өткен апаттарды машиналық оқыту әдістерімен ұштастырып, уақытша ақаулар мен нағыз ақаулардың айырмашылығын анықтайды; өрістегі сынақтарға сәйкес, бұл қате қосылулар санын шамамен 80 пайызға азайтады. Токтың тоқтап тұруы сирек болса, жабдық жиі қайта іске қосылмайды, сондықтан жылыту мен салқындату циклдарынан туындайтын тозу азаяды, сонымен қатар электр энергиясы ақаусыз, үзіліссіз ағып отырады. Үзіліссіз бақылау функциясы изоляцияның бұзылуы басталғанын немесе контакттардың сапасы нашарлағанын ірі апаттарға дейін анықтайды, бұл техникалық қызмет көрсету бригадаларына апаттарды күтпей-ақ алдын ала жөндеу мүмкіндігін береді. Компаниялар жалпы жүйе тиімділігінің жақсарғанын, жабдықтардың қызмет ету мерзімінің ұзарғанын, сонымен қатар энергия шығынын төмендету арқылы және өндірістік процестерде қымбатқа түсетін тоқтап қалу оқиғаларын болдырмау арқылы қаржылық тиімділіктің артқанын хабарлайды.

ЖИҚ (Жиі қойылатын сұрақтар)

I²R шығындары дегеніміз не және оларды қалай азайтуға болады?

I²R шығындары — Джоуль заңына сәйкес электр кедергісінен пайда болатын жылу салдарынан қуаттың жоғалуын білдіреді. Оларды токты азайтып, қуатты жоғары кернеуде тарату арқылы маңызды деңгейде азайтуға болады, нәтижесінде кедергілік шығындар төмендейді.

Орташа кернеудегі қосқыш құрылғылары қуатты таратуда неге маңызды?

Орташа кернеудегі қосқыш құрылғылары жоғары кернеудегі трансформаторлық подстанциялар мен соңғы құрылғылар арасындағы басқару түйіні ретінде қызмет етеді; олар қуат ағысын тиімді басқарады және жабдықты қорғауды жақсарту мен энергияның пайдалануын тиімділеу үшін ақауларды жылдам изоляциялайды.

Газбен изоляцияланған қосқыш құрылғылары (GIS) ауамен изоляцияланған жүйелерге (AIS) қарағанда қандай артықшылықтарға ие?

GIS ағып кету токтары мен бөлшекті разрядтарды басқаруды жақсартады, жылулық тұрақтылықты сақтайды, орын үнемдейді және AIS-ке қарағанда жылдық ағып кету деңгейі төмен болады, сондықтан ол тиімдірек және сенімдірек.

Қазіргі заманғы цифрлық реле қуат жүйесінің жұмысын қалай жақсартады?

Қазіргі заманғы цифрлық релелер нақты уақытта талдау және машиналық оқыту арқылы қателер мен нағыз ақауларды ажыратып, кездейсоқ қосылуларды азайтады, сондықтан үздіксіз және тиімді қуат ағысын қамтамасыз етеді және тоқтап қалу уақытын азайтады.