درک بارگذاری های حرارتی در Power Grids

بارگزاری حرارتی زمانی رخ می دهد که اجزای الکتریکی در شبکه برق فراتر از حد دمای طراحی شده خود عمل می کنند.تبدیل کنندگان مدار، شکستن مدار، نوار اتوبوس و خطوط انتقال همه دارای درجه حرارت حداکثر امتیاز هستند، هنگامی که جریان های فعلی از این آستانه ها فراتر می رود - به دلیل افزایش ناگهانی تقاضا، شرایط خطا، یا مدیریت بار ناکافی - گرمای اضافی ایجاد می کند.

در شبکه های مدرن، خطر اضافه بار حرارتی در حال افزایش است.منابع انرژی تجدید پذیر مانند خورشیدی و باد تنوع را معرفی می کنند، باعث نوسانات سریع در جریان برق می شود، در همین حال، الکتریکی سازی حمل و نقل و گرمایش، تقاضای اوج جدید را بدون کاهش مناسب، استرس حرارتی به یک علت اصلی شکست جزء و قطع برق غیر قابل برنامه ریزی تبدیل می شود.

حالت های شکست رایج که توسط بیش از حد گرم می شوند

بار اضافی حرارتی در چندین روش مخرب آشکار می شود، به عنوان مثال، پیچ های ترانسفورماتور می توانند بیش از حد گرم از درجه حرارت خود را گرم کنند (به عنوان مثال، کلاس A 105 °C، کلاس B ۱۳۰ درجه سانتیگراد)، باعث تجزیه عایق و چرخش های کوتاه شده است.در سوئیچ، بیش از حد گرم کردن می تواند باعث تضعیف سوخت روغن یا جوش پر شده در خطوط انتقال، گرمای فعلی؛ اگر تخلیه های حرارتی غیر قابل استفاده از آتش سوزی، یا کاهش گازهای گلخانه ای خطرناک باشد.

داده های شرکت قابلیت اطمینان الکتریکی آمریکای شمالی (NERC) نشان می دهد که بارها و بارها حرارتی اغلب به عنوان یک عامل کمک کننده در اختلالات شبکه بزرگ ذکر شده است.به عنوان مثال، خاموشی شمال شرقی 2003 توسط یک سری سفرهای خط، بسیاری از آنها با نظارت حرارتی بیش از حد و ناکافی ایجاد شده است.

عملکرد سپرهای حرارتی

سپرهای حرارتی در شبکه های برق به عنوان موانع حرارتی عمدی یا لایه های اتلاف بین منابع حرارتی (واش ها، پیچ و تاب ها)، و اجزای حساس (تنظیم، کنترل الکترونیک، اپراتورهای انسانی) عمل می کنند که گرما را با سه مکانیسم اصلی مدیریت می کنند: انعکاس، جذب و اتلاف.

  • [FLT:] سطوح بازتاب (به عنوان مثال، آلومینیوم جلا، پوشش سرامیک) تابش مادون قرمز از تجهیزات، کاهش افزایش گرمای تابشی.
  • [FLT 1: 1 ] مواد با ظرفیت حرارت بالا (به عنوان مثال مواد تغییر فاز، کامپوزیت های گرافیت) انرژی گرمایی را خیس می کنند، به تاخیر انداختن افزایش دما در طول بار اضافی گذرا.
  • ; سیستم های خنک کننده فعال یا غیرفعال - تصفیه، لوله های حرارتی، هوای اجباری - گرمای گرم را به یک سینک، جلوگیری از نقاط داغ محلی.

در عمل، یک سیستم سپر حرارتی به خوبی طراحی شده، این مکانیسم ها را برای حفظ دارایی های شبکه های حیاتی در پنجره های دمای امن، حتی در هنگام خطا یا تقاضای اوج ترکیب می کند.

جایی که سپرهای حرارتی کاربردی هستند

سپرهای حرارتی یک اندازه مناسب نیستند، قرار دادن آنها بستگی به اجزای آن و حالت شکست آن دارد.در ترانسفورماتورها، سپرهای حرارتی می توانند بین پیچ و خم و دیوار مخزن نصب شوند تا دمای گرم ترین نقطه را کاهش دهند، در زیر ایستگاهها، سوئیچ مقاوم در برابر قوس از محافظ برای تخریب گازهای گرم از اپراتورهای دور استفاده می کند.

[در این باره]: [[۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱]

  • [[ویرایش] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۱] [۱] [۳] [۱] [۱] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۱] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۳] [۱] [۱] [۳] [۳] [۱] [۱] [۱] [۱]
  • [[ویرایش] [۱] [۱۰] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۳] [۳] [۱] [۲] [۱] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۱] [۱] [۲] [۲] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۲] [۲] [۲] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۱] [۲] [۲] [۲] [۳] [۲] [۲] [۲] [۲] [۱]
  • [۱] [۱۰] و [۱] [۱] [۱]
  • [[۱] [۱۰] خطوط انتقال و توزیع (به ویژه در مناطق آتش نشانی)[۱۰]
  • الکترونیک قدرت (مشرکان، اینورتر) در HVDC و ادغام تجدید پذیر

انواع سپرهای حرارتی و اصول کاری آنها

پوشش های انعکاسی

پوشش های انعکاسی برای سطوحی که با منابع گرمایی تابشی مواجه هستند، اعمال می شود. فرمول های رایج شامل رنگ های آلومینیومی پر شده، میکرواسپه ها سرامیک و پشته های چند لایه دی الکتریک هستند، به عنوان مثال، یک پوشش با کیفیت بالا بر روی یک مخزن ترانسفورماتور می تواند به کاهش گرما خورشیدی تا 40٪، به طور مستقیم کاهش روغن و گرم کردن این پوشش ارزان و آسان برای بازگرداندن تجهیزات محبوب برای ساخت تجهیزات در فضای باز.

موانع عایق

موانع عایق انتقال گرما رسانا و هماهنگ را محدود می کنند. مواد مانند پتوهای آئروگل، پشم معدنی و فیلم های پلی متیلید با درجه حرارت بالا برای جدا کردن اجزای گرم از قطعات حساس الکترونیکی یا عناصر ساختاری استفاده می شود.در سوئیچ های محصور، سپرهای حرارتی ساخته شده از گازهای شیشه ای از رویدادهای فلش قوسی، محافظت از پرسنل نزدیک و ابزار آلات.

سیستم های خنک کننده فعال

خنک کننده فعال فراتر از سیستم های هوای منفعل، سینک های گرمای آب گرم، و خنک کننده های مایع در ترانسفورماتورهای با قدرت بالا، الکترونیک برق و کابل های زیرزمینی مستقر می شود.در ایستگاه های بزرگ، طرفداران ممکن است توسط سنسورهای دما برای ضربه زدن به هوا بر فراز رادیاتورها تحریک شوند، زمانی که سیم کشی از یک سیستم پیشرفته تر استفاده می کند، از خنک کننده های خنک کننده هوا برای دستیابی به تخلیه حرارت بالا استفاده می کنند.

مواد تغییر فاز (PCMs) و ذخیره سازی حرارتی

PCMs جذب گرما در طول یک بار بار با ذوب، حفظ یک دمای تقریبا ثابت در حالی که مواد تغییر فاز برای برنامه های شبکه، PCMs مانند موم پارافین، هیدراته نمک، یا آلیاژهای فلزی می تواند در سپرهای حرارتی اطراف کابل ها یا هسته های ترانسفورماتور جاسازی شود، آنها به عنوان جذب کننده های حرارتی عمل می کنند، و به اپراتورهای زمان برای بارگیری مجدد یا فعال کردن دمای خنک کننده قبل از تبدیل شدن بحرانی.

مزایای استفاده از Implementing Heat Shields

  • ایمنی ایمنی : کاهش دمای سطح خطر سوختگی برای پرسنل تعمیر و نگهداری و کاهش خطر آتش سوزی در حوادث قوسی.
  • ] زندگی دارایی های مطلوب : هر 10 درجه سانتیگراد کاهش در دمای عملیاتی مداوم می تواند زندگی عایق (پیگیری از قانون Arrhenius)، ترجمه به شکست های کمتر و فواصل طولانی تر بین جایگزینی.
  • قابلیت اطمینان بهبود یافته ؛ سپرهای حرارتی مانع از عبور از رله های درجه حرارت می شوند و احتمال وقوع نقص های کاتتر در طول بارهای اوج را کاهش می دهند.
  • دفتر مرکزی سرمایه : با مدیریت گرما به طور موثر، زیرساخت های موجود می تواند با خیال راحت جریان های بالاتر را حمل کند، هزینه های سرمایه را برای خطوط جدید یا ترانسفورماتورها کاهش دهد.
  • ] پس انداز عملیاتی : استرس حرارتی پایین تر باعث کاهش فرکانس تعمیر و نگهداری و هزینه های تعمیر اضطراری می شود، در حالی که سیستم های خنک کننده فعال (در هنگام تنظیم) می توانند بهره وری کلی را با کاهش تلفات مقاومت بهبود بخشند.

مطالعه 2021 که در معاملات برق در تحویل قدرت منتشر شد، نشان داد که استفاده از سپرهای حرارتی انعکاسی برای توزیع ترانسفورماتورها در آب و هوای گرم کاهش دمای سیم پیچ متوسط توسط 12 درجه سانتیگراد، گسترش زندگی خدمات توسط یک برآورد شده 5 تا 8 سال.

توسعه آینده در تکنولوژی سپر حرارتی

نانومواد و متا مواد

سپرهای حرارتی نوظهور از نانوتکنولوژی استفاده می کنند. پوشش های نانولوله کربن هدایت حرارتی فوق العاده بالا را در امتداد یک محور ارائه می دهند، که گرما جهت را از نقاط داغ دور می کند. فیلم های مبتنی بر گرافن ترکیبی از انعکاس و قدرت، آنها را برای هر دو جزء استاتیک و انعطاف پذیر قابل اعتماد قابل اعتماد، متا مواد - سازه هایی با الکترو مغناطیسی مهندسی شده و خواص حرارتی - می توانند به عنوان " دیودهای حرارتی" عمل کنند، در حالی که به طور غیرفعال از مناطق مسدود کننده جریان معکوس هدایت می کنند.

پوشش های هوشمند و سطوح Adaptive

مدیریت حرارتی تطبیقی در افق است.پوشش های هوشمند تغییر خارج بودن یا بازتاب پذیری خود را در پاسخ به دما تغییر می دهد، به عنوان مثال، دی اکسید وانیوم یک انتقال فلز-استولاتور را در نزدیکی 68 درجه سانتیگراد، تغییر از شفاف به انعکاس در طیف مادون قرمز، هنگامی که یکپارچه به یک سپر حرارتی، این می تواند به طور خودکار کاهش گرما به عنوان اجزای خطر، بدون سنسور فعال یا کنترل حلقه های فعال.

ادغام با Twins دیجیتال و IoT

سپرهای حرارتی آینده احتمالا با نظارت بر زمان واقعی جفت می شوند. سنسورهای دمای جاسازی شده (برخلاف Bragg، ترموها) داده ها را به مدل های دوقلو دیجیتال که پیش بینی تکامل حرارتی را در زمان فعلی و آب و هوا می کنند، هنگامی که یک بار اضافی بالقوه شناسایی می شود، مدل می تواند پیشنهاد کند تا بار ریختن یا شروع خنک کننده فعال.

چالش ها و ملاحظات

علی رغم مزایای آنها، سپرهای حرارتی نیاز به مهندسی دقیق دارند.مواد انتخاب شده ضعیف می توانند گرما را به جای پخش آن به دام بیندازند، به ویژه در فضاهای محدود. نصب صحیح – به عنوان مثال، یک سد عایق که جریان هوا را مسدود می کند – در واقع می تواند دمای اجزای مجاور را افزایش دهد، سپرهای حرارتی اضافه وزن و هزینه، بنابراین تجزیه و تحلیل چرخه عمر ضروری است.

نهادهای استاندارد در حال شروع به پرداختن به این فن آوری ها هستند. IEEE C57.91 و IEC 60076-12 راهنمایی هایی را در مورد عملکرد حرارتی ترانسفورماتور ارائه می دهند و انتظار می رود که اصلاحات آینده شامل روش های تست تجویز شده برای سپرهای حرارتی باشد.

نتیجه گیری

سپرهای حرارتی یک لایه ثابت و مقرون به صرفه دفاع در برابر بار حرارت در شبکه های برق هستند.از رنگ انعکاس ساده بر ترانسفورماتورها به PCM های پیشرفته در کابینت های کابلی، این فن آوری ها به طور مستقیم به یکی از رایج ترین پیش نویس ها برای خرابی تجهیزات و تجزیه و تحلیل های شبکه ای مقاوم می پردازند.

در ادامه بخوانید: [[ویرایش] [۱] [۱۰] [۱۰] [۱] [۱۰] [۱] [۱۰] [۳] [۳] [۳] [۳] [۳] و راهنمای تقویت حرارتی