Symulacje numeryczne i różnego ro-dzaju narzędzia w postaci programów komputerowych dają bardzo dobre rezulta-ty w kreowaniu oprezulta-tymalnych rozwiązań dla aparatury wysokiego napięcia. Szczególny rozwój tego obszaru aktywności, podczas prac przy konstruowania aparatów lub ich elementów, ma miejsce w ciągu ostatnich dwóch dekad. Wzrost możliwości oblicze-niowych procesorów sprawił, że analizę nawet bardzo dużej liczby danych jest się
w stanie przeprowadzić przy zachowaniu rozsądnych kosztów. Ponadto im głębsza analiza symulacyjna i obliczeniowa, tym w kolejnych etapach przygotowywania no-wego rozwiązania, szczególnie podczas testów typu, będzie można znacząco zre-dukować koszty. Wszystko to sprawia, że zapotrzebowanie na narzędzia komputero-we wspierające pracę konstruktorów apa-ratów znacząco rośnie.
Duże zapotrzebowanie rynku na wy-łączniki wysokiego napięcia i aktualne trendy w kierunkach ich rozwoju powodują, że dostęp do programów komputerowych wspierających prace konstruktorów jest koniecznością. Szczególnie pożądane ob-szary ułatwień to:
• oddziaływania elektromagnetyczne,
• zagadnienia dotyczące termodynamiki,
• dynamika płynów,
• zagadnienia mechaniczne.
Artykuł [A3-301] został poświęcony metodom wsparcia analizy mechanicznej i przepływowej podczas procesu projek-towania wyłącznika wysokiego napięcia. Przedstawiony program komputerowy, w obszarze zagadnień mechanicznych, pozwala na prowadzenie obliczeń doty-czących:
• doboru zasobnika sprężynowego w
na-pędzie,
• określania sił reakcji tłumika drgań oleju,
• przemieszczenia układu
mechaniczne-go podczas operacji otwierania. Znaczącej pomocy, ze strony opro-gramowania, mogą się też spodziewać konstruktorzy odpowiedzialni za oblicze-nia dotyczące analizy przepływu płynów, podczas procesu otwierania wyłącznika i gaszenia łuku. Program charakteryzuje się łatwym w użyciu układem komunika-cyjnym z użytkownikiem. Przykład jedne-go z okien dialojedne-gowych przedstawiono na rysunku 14.
Dodatkowym walorem zaproponowa-nego narzędzia obliczeniowego jest moż-liwość łatwego przenoszenia danych do programów użytkowanych przez służby eksploatacyjne i służących do bieżącej oceny stanu wyłączników. W ten sposób można uniknąć sytuacji, w której należało-by realizować ręczne, czasochłonne wpro-wadzanie parametrów.
Rys. 13. Miejsca pomiaru temperatury w roz-dzielnicy średniego napięcia
Schemat pola rozdzielczego
1 – wyłącznik, 2 – system styków, 3 – przepusty, 4 – przedział szyn zbiorczych, 5 – przekładnik prądowy,
6 – przyłącze kablowe, 7 – przekładnik napięciowy
Przedział szyn zbiorczych z punktem pomiarowym
1 – sensor pomiarowy, 2 – temperatura referencyjna na śrubach, 3 – mocujących szyny zbiorcze do przepustu, 4 – termopara do pomiaru
temperatury otoczenia 1 2 3 1 2 2 3 4 5 6 7
Artykuł [A3-302] przybliża numeryczną metodę analizy przepływu gazów wewnątrz wyłącznika z izolacją gazową. Autorzy opra-cowania uznali, że dla tego typu wyłącznika, który w obszarze wysokiego napięcia nie ma sobie równych, warto przygotować ma-tematyczne wsparcie, ponieważ będzie ono służyło bardzo wielu potencjalnym użyt-kownikom. Korzystając z zaproponowanej metody można także przeanalizować pro-mieniowanie powstające podczas operacji łączeniowych oraz określić poziom wypa-lenia dysz. Istotną zaletą pracy z zapropo-nowaną metodą analityczną jest możliwość modelowania układu sieci w sąsiedztwie konstruowanego wyłącznika i tym samym tworzenia aparatu zdolnego do poprawnej pracy w rzeczywistych warunkach systemu elektroenergetycznego.
Biorąc pod uwagę zmiany dokonują-ce się w ostatnim czasie w krajach rozwi-jających się, wśród których szczególnie należy zauważyć Kenię, Brazylię, Filipiny czy Meksyk, można oczekiwać koniecz-ności budowy wielu nowych elementów tworzących system elektroenergetyczny. Wymóg rozbudowy może także pochodzić od tworzenia nowych źródeł generacyj-nych energetyki odnawialnej, położogeneracyj-nych zazwyczaj w znacznych odległościach od centrów konsumowania energii elektrycz-nej. Taki stan rzeczy pociąga za sobą po-trzebę wprowadzania nowych rozwiązań dla torów prądowych wysokiego napięcia w stacjach elektroenergetycznych.
Głów-nie odnosi się to do przewodów i zacisków. Biorąc pod uwagę, że każde rozwiąza-nie połączeń wysokiego napięcia wyma-ga prób i badań, a to z kolei wiąże się ze znacznym zużyciem energii elektrycznej, autorzy artykułu [A3-303] pochylili się nad możliwością miniaturyzacji zacisków na potrzeby prowadzenia badań laboratoryj-nych. Analizie poddano zaciski do łączenia przewodów typu HTLS, czyli przewodów o małym zwisie podczas pracy w wysokich temperaturach przewodu.
Przykład zaproponowanej miniaturyza-cji przedstawia rysunek 15, gdzie przedsta-wiono zacisk o zmniejszonych wymiarach obok zacisku o wymiarach standardowych.
Ze względu na potrzebę współpracy z rzeczywistymi przewodami o takich sa-mych właściwościach uznano, że skala
zmniejszenia powinna wynosić 1 : 1,74.
W ten sposób przygotowany zacisk podda-ny został próbom nagrzewania. Następnie te same próby przeszedł zacisk standardo-wy, a wyniki zostały ze sobą porównane. Porównanie to pokazano na rysunku 16.
Analiza otrzymanych wyników pozwa-la przyjąć, że zminiaturyzowany zacisk doskonale nadaje się do analizy rozkładu temperatury, który to rozkład nie odbiega od tego, jaki uzyskuje się pracując z mo-delem o wymiarach normalnych. Ewident-nym zyskiem jest natomiast zmniejszenie zużycia energii wymaganej do przeprowa-dzenia testu. Rys. 14. Okno dialogowe do komunikacji z programem komputerowym
Rys. 15. Przykład miniaturyzacji zacisku dla potrzeb przeprowadzenia testów
Rys. 16. Porównanie rozkładu temperatury dla połączenia ze zmniejszonymi wymiarami
z połączeniem o wymiarach standardowych
Zacisk zminiaturyzowany Zacisk standardowy 420 410 400 390 380 370 424 368 -600 -400 -200 0 Surface: Temperature (K) 0 -200 -400 -600 -800 -600 -400 -200 0 Surface: Temperature (K) 0 -200 -400 -600 -800 420 367 420 415 410 405 400 395 390 385 380 375 370
PKWSE
POLSKI KOMITET WIELKICH SIECI ELEKTRYCZNYCH
Artykuł [A3-304] zawiera rozważania dotyczące podnoszenia jakości energii poprzez optymalną kombinację kontrolo-wanego łączenia i zastosowania napędów o małym rozrzucie zakresu działania. Au-torzy opracowania skupili się na łączeniu transformatorów, linii i odbiorów pojemno-ściowych. Stwierdzono, że w przypadku łączenia linii największy problem stanowią przepięcia, a podczas łączenia transforma-torów narastanie prądu i spadki napięcia. Dla tych przypadków zaproponowano me-tody analizy i ograniczania negatywnego oddziaływania na sieć elektroenergetycz-ną. Zaproponowano także zestaw wyma-gań dla nowoczesnych wyłączników wy-chodzących naprzeciw potrzebom obec-nych systemów elektroenergetyczobec-nych. Są to między innymi:
• detaliczna obróbka elementów
rucho-mych, w których występuje tarcie,
• zaawansowana analiza sił inicjujących
przejście od tarcia stycznego do tarcia dynamicznego,
• poprawa elementów elektrycznych
słu-żących do przekazywania sygnałów do ruchomych części mechanicznych.
Artykuł [A3-305] jest poświęcony re-zystancyjnym dzielnikom napięcia w cy-frowych przekładnikach napięciowych wy-sokiego napięcia. Pokazano w nim rozwój modelowania matematycznego i fizyczne-go do prowadzenia niezbędnych analiz po-zwalających na optymalizacją rozwiązań. Na potrzeby stacji cyfrowych zostały już przygotowane odpowiednie przekładni-ki prądowe, oparte na efekcie Faradaya, z wyjściami cyfrowymi. Jeżeli zaś chodzi o przekładniki napięciowe, to zagadnie-nie zagadnie-nie jest jeszcze do końca rozwiązane. Można oczywiście sygnały analogowe z tradycyjnych przekładników przekształ-cać na cyfrowe, ale ze względu na dzia-łanie czynników zewnętrznych, takich jak temperatura, wibracje, ciśnienie można się spodziewać znaczących błędów pomiaro-wych. Pożądanym rozwiązaniem stają się więc przekładniki optyczne zaprezentowa-nie na rysunku 17.
Jednakże ze względu na wyniki badań tego typu przekładników, które pokazują nakładanie się sąsiednich faz, co w rezul-tacie prowadzi do błędów pomiarowych,
konieczne jest poszukiwanie innych roz-wiązań. Odpowiedzią na takie zapotrze-bowanie mogą być rezystancyjne dzielniki napięcia, pokazane na rysunku nr 18.
nim te rozwiązania pojawią się w postaci praktycznych aplikacji, w naszym systemie elektroenergetycznym, upłynie zapewne jeszcze nieco czasu, niemniej jednak, pa-trząc na dokonujący się w ostatnich latach bardzo szybki rozwój sieci przesyłowych i dystrybucyjnych warto już obecnie zainte-resować się nowościami, aby umieć w nie-dalekiej przyszłości z powodzeniem z nich korzystać.
A jeżeli zdecydujemy się rozwijać po-siadaną już wiedzę, to istotnym wsparciem mogą być wyniki prac Grup Roboczych CIGRE, publikowane jako Broszury Tech-niczne. W najbliższym czasie należy się spodziewać wydania przez Komitet Stu-diów A3 Aparatura wysokiego napięcia, re-zultatów prac dotyczących między innymi następujących zagadnień:
• warystory i ograniczniki przepięć dla
no-wych warunków systemono-wych,
• nieinwazyjne metody oceny stanu
apa-ratury rozdzielczej w systemach przesy-łowych i dystrybucyjnych,
• starzenie się aparatury wysokiego
na-pięcia i techniki hamujące ten proces,
• wpływ przeciążeń na aparaturę
wyso-kiego napięcia,
• niekonwencjonalne przekładniki
wyso-kiego napięcia z wyjściem cyfrowym,
• doświadczenia w eksploatacji
elemen-tów układów do kompensacji szerego-wej i równoległej,
• aparatura wysokiego napięcia prądu
stałego,
• praktyki odbiorcze instalacji z
kontrolo-wanym łączeniem,
• wielokierunkowe symulacje dla
określa-nia wzrostu temperatury,
• warunki systemowe dla zaistnienia
opo-zycji faz i prawdopodobieństwo jej wy-stąpienia,
• kondensatory łączeniowe w systemach
dystrybucyjnych i przesyłowych spraw-dzane poprzez badania i wyniki z eks-ploatacji.
Kolejna sesja CIGRE odbędzie się już w roku 2018 i będzie to zapewne ważne źródło informacji dla wszystkich związa-nych z elektroenergetyką. Komitet Studiów A3 Aparatura wysokiego napięcia przewi-duje podczas tej sesji rozważania dotyczą-ce poniżej wymienionych zagadnień. Rys. 17. Napięciowy przekładnik optyczny
do pracy w sieci wysokiego napięcia
Rys. 18. Rezystancyjny dzielnik napięcia Zdaniem autorów artykułu, na pod-stawie przeprowadzonych symulacji ma-tematycznych, należy się spodziewać, że jest to rozwiązanie, które w pełni zaskoi oczekiwania na bardzo dokładny po-miar napięcia.
Podsumowanie
Sesja CIGRE 2016 przyniosła wiele in-teresujących, a nawet całkowicie nowych informacji dotyczących bieżącego stanu rozwoju aparatury wysokiego napięcia.
Za-fiber optic optical DSP unit optical sensors high voltage post insulator U - measuring voltage 110 4 1 2 3 28,45 641
1. Wymagania dla aparatury wysokiego na-pięcia prądu przemiennego i stałego w sys-temach przesyłowych i dystrybucyjnych. 2. Zarządzanie czasem życia aparatury
wysokiego napięcia w systemach prze-syłowych i dystrybucyjnych.
3. Oryginalne rozwiązania aparatury wyso-kiego napięcia dla systemów przesyło-wych i dystrybucyjnych.