תפקיד מגן היטים ב-Power Grids מה-Thermal Overloads

הבנת יתרות על המידה ב Power Grids

עומסי יתר חמורים מתרחשים כאשר רכיבים חשמליים ברשת החשמל פועלים מעבר לגבולות הטמפרטורה המתוכנן שלהם. Transformers, פורצי מעגלים, קווי אוטובוסים, וקווי שידור יש מקסימום טמפרטורות מדורגות. כאשר זרמים נוכחיים עולים על סף אלה - עקב ספייקטים פתאומיים, תנאי אשמה, או ניהול עומס לא מספיק - מתחלמת חום זה מאיץ בגליון, מגביר את ההפסדים התנגדות, ויכול להוביל לכשלים פתאומיים דחופים, אם לא מצופה.

ברשתות מודרניות, הסיכון של עומסים תרמיים עולה. מקורות אנרגיה מתחדשת כמו השמש והרוח להציג ריקנות, גרימת תנודות מהירות בזרימת כוח.בינתיים, שאיפת תחבורה וחימום מוסיפה דרישות שיא חדשות.ללא הפחתה נכונה, מתח תרמי הופך גורם מוביל של כשל רכיב ויציאה לא מתוכננת.

מצבי כישלונ נפוצים נגרמים על ידי overהתחממות

עומסים חמים בוהקים במספר דרכים מזיקות.לדוגמה, רוחות טרנסיות יכולות להתחמם מעבר לדירוג המעמד התרמית שלהם (למשל, Class A 105°C, Class B 130°C), גרימת התמוטטות בידוד ומופעים קצרים. in מתגג'אר, overheating יכול להחליש שיחים מלאים שמן או לגרום ליצירת קשר תוך כדי פריצה, חום מופרז, זרם רוחי או קירור מסוכן;

נתונים של חברת החשמל של צפון אמריקה (NERC) מראים כי עומסי יתר תרמיים מצוטטים לעתים קרובות כגורם תורם בהפרעות רשת גדולות.המזרחי 2003, למשל, הופעל על ידי סדרה של נסיעות קו, רבים מקושרים לעומס יתר ולא מספיק ניטור תרמי.

תפקוד של מגן חום

מגינים חום ברשת חשמל משמשים כחסמים תרמיים מכוונים או דיסיפוצי שכבות בין מקורות חום (מוליכים, רוח, קשתות) ורכיבים רגישים (בulation, בקרה על אלקטרוניקה, מפעילי אנוש) הם מנהלים חום על ידי שלושה מנגנונים עיקריים: השתקפות, ספיגה, ופירוק.

• (ב) ⁇ : ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
• (FLT:0)AbsorptionFLT:1: חומרים עם יכולת חום גבוהה (למשל, חומרי שינוי שלב, תרכובות גרפיט) לספוג אנרגיה חום, מעכבים את עליית הטמפרטורה במהלך עומסים קשים.
• (ב) למערכות קירור אקטיביות או פסיביות - סנפירים, צינורות חום, אוויר מאולץ - מתחמם לשקע, מניעת כתמים חמים מקומיים.

בפועל, מערכת הגנה בחום מעוצבת היטב משלבת מנגנונים אלה כדי לשמור על נכסים ברשת קריטית בתוך חלונות טמפרטורה בטוחה, גם במהלך תקלות או הביקוש לפסגה.

היכן שחומות החום הן יישומיות

מגיני חום אינם מתאימים בגודל אחד - כל המיקום שלהם תלוי במרכיב ומצב הכישלון שלו.במתנים, מגיני חום ניתן להתקין בין רוחות לבין הקיר הטנק כדי להוריד את הטמפרטורה החמים ביותר נקודה.ב substations, מתג קשת-resistantantantanting משתמשים מגינים כדי לנתק גזים חמים ממפעילים.

(ב) ,0) אזורי יישום כוללים:

• (ב) ,0) , מיריפים וכורים
• (ב) ,0) , גלגולי מעגל ושברי מעגל (ב)
• (ב) ,0) ,בוברים ומפרקי כבלים
• (ב) ,0) קווי הפצה (במיוחד באזורים בעלי אספקת אש)
• אלקטרוניקה (מפעילים, מהפך) ב- HVDC ושילוב מתחדשים של אינטגרציה 1LT

סוגי מגן חום ועקרונות העבודה שלהם

ריצוף

ציפוי רפלקטיבי מוחל על פני השטח כי הפנים מקורות חום קורנים.נוסחאות נפוצות כוללות צבעים מלאים אלומיניום, מיקרוספירות קרמיקה, וערימות dielectric רב שכבתיות. לדוגמה, ציפוי גבוה של arbedo על מיכל הופך יכול להפחית עלייה חום השמש עד 40%, ישירות שמן וטמפרטורות רוח.

בידוד גדרות

בידוד מחסומים מגבילים העברת חום התנהגותית וקולקטיבית חומרים כגון שמיכה אווירוגל, צמר מינרלים, וסרטים פולימידיים עתיריים משמשים כדי להפריד רכיבים חמים מאלקטרוניקה רגישה או אלמנטים מבניים. in Close Switchgear, מגן חום עשוי מפסוז זכוכית-reinforced epoxy להסיט גזים חמים מאירועי קיר, הגנה על כלי רכב קרובים ואנשי צוות.

מערכות קירור Active Cooling

קירור פעיל הולך מעבר מגן פסיבי.מערכות אוויריות, כיור חום מים, וקירור נוזלי-הירידות מפוזרים הם פרוסים באנרגיות גבוהות, אלקטרוניקה כוח, וכבלים תת-קרקעיים. ב substations גדולים, אוהדים עשויים להיות מופעלים על ידי חיישנים טמפרטורה כדי לפוצץ אוויר על פני קורנטור סנפירים כאשר טמפרטורות רוח עולה על נקודה.

חומרים לשינוי בשלב (PCMs) ו- Thermal Storage

PCMs סופג חום במהלך עומס יתר על ידי התכה, שמירה על טמפרטורה כמעט קבועה בעוד שלב שינויים החומריים. עבור יישומים ברשת, PCMs כגון שעווה פרפין, לחות מלח, או ⁇ מתכת ניתן מוטבע במגן חום סביב כבלים או להפוך ליבות.הם פועלים כמו סופגנים הלם תרמי, נותן זמן כדי לטעון מחדש או להפעיל טמפרטורות קירור לפני להפוך קריטי.

יתרונות של הטמעה של חסימות חום

• (ב) ,0) ,הבטחון המוערך: צמצום הטמפרטורות מתחת לפני השטח סיכון לשרוף את כוח האדם תחזוקה ולהפחית את הסיכון לשריפה באירועים קשתיים.
• (FLT:0) חיים בנכסים מתקדמים 1FLT: כל 10 מעלות צלזיוס בטמפרטורה הפעלה רציפה יכול להכפיל את החיים (לאחר חוק ארניניוס), לתרגם לכשלים פחות ולרווחי זמן ארוכים יותר בין החלפתם.
• (ב) ,0) ,התמונים היטממים מונעים מחיקה של ממסרי חלוף ולהפחית את הסבירות של תקלות מכוערות במהלך עומסי שיא.
• (FLT:0)Capacity HeadroomFLT:1: על ידי ניהול חום יעיל יותר, תשתיות קיימות יכולות לשאת בבטחה זרמים גבוהים יותר, מה שמפר את הוצאות ההון עבור קווים חדשים או ממירים.
• (FLT:0) חיסכון תפעולי של חסכון 1: 1): לחץ תרמי נמוך מפחית את תדירות התחזוקה ואת עלויות תיקון חירום, בעוד מערכות קירור פעיל (כאשר מכוונים) יכול לשפר את היעילות הכוללת על ידי צמצום הפסדים מנוגדים.

מחקר שפורסם בשנת 2021 ב-FLT:0.50 עסקאות על PowerBuild DeliveryFLT:1 מצא כי החלת מגן חום רפלקטיבי להפצה של מהפךים באקלים חם הפחיתו את הטמפרטורה הממוצעת ב-12 מעלות צלזיוס, להאריך את חיי השירות על ידי הערכה של 5 עד 8 שנים.עוד שדה על ידי מכון מחקר חשמל כוח (EPRI) הראה כי חומרים של שינוי בשלב זה מותקנים בכבלים תת-קרקעיים הכפילו את הזמן כדי לבודד את הנזק שנגרם לפני התקפה אוטומטית, לפני שגרמה לפירוק של מערכות הגנה אוטומטית, לפני שגרמה לבודדהתקף מוקדם יותר, לפני שגרמה לבודדהתקף הגנה אוטומטית, לפני שגרמה לבודדה.

פיתוח עתידי בטכנולוגיית מגן חום

ננו-חומרים ומטריאליזם

ציפויי פחמן ננו-לוגיים מתפתחים מספקים מוליכות תרמית גבוהה במיוחד לאורך ציר אחד, המאפשר חום כיוון להתפשט ממקומות חמים.סרטים מבוססי Graphene משלבים רפלקטיביות וכוח, מה שהופך אותם קיימא עבור שני מרכיבים סטטיים וגמישים. Metamaterials - מבנים עם תכונות אלקטרומגנטיות תרמיות מונדסות - יכול לשמש "מדתות רכה", חום ישיר פסיבית מפני אזורים רגישים בזמן חסימתם לאחור.

מצעים חכמים ומשטחים הסתגלות

ניהול תרמי הסתגלות הוא באופק. ציפויים חכמים לשנות את הנישאות או רפלקטיביות שלהם בתגובה לטמפרטורה.לדוגמה, ונדיום דו חמצני עובר מעבר מתכת-מתאים ליד 68 מעלות צלזיוס, מעבר משקיפות כדי לשקף בספקטרום אינפרא אדום.כאשר משולב מגן חום, זה יכול להפחית באופן אוטומטי את רווח החום כמו רכיבים גישה לסף, ללא חיישנים פעילים או לולאות בקרה.

שילוב עם תאומים דיגיטליים ו-IoT

מגיני חום עתידיים צפויים להיות מחוברים עם ניטור בזמן אמת. Embedded חיישנים טמפרטורה (fiber Bragg gratings, thermocouples) להאכיל נתונים לתוך מודלים תאומים דיגיטליים כי לחזות אבולוציה תרמית תחת עומס ומזג אוויר הנוכחי. כאשר עומס פוטנציאלי מזוהה, המודל יכול להמליץ על לשפוך או יוזם קירור פעיל.זה של מדעי החומריים וכלים דיגיטליים עושה מגבונים חלקית של רשת הגנה רחבה יותר.

אתגרים ושיקולים

למרות היתרונות שלהם, מגיני חום דורשים הנדסה זהירה.חומרים נבחרים עניים יכולים ללכוד חום ולא לטבול אותו, במיוחד בחללים מוגבל.תקנה לא נכונה - למשל, מחסום מבודד שחוסם את זרימת האוויר - יכול למעשה להעלות טמפרטורות של רכיבים סמוכים.בנוסף, מגן חום מוסיף משקל ועלות, כך ניתוח מחזור חיים הוא חיוני. פעיל לצרוך אנרגיה ולהציג נקודות תחזוקה; הם חייבים להיות מעוצבים כדי לעמוד בסביבה חשמלית קשה (REM), בתוך הסביבה).

גופי התקנים מתחילים לטפל בטכנולוגיות אלה. IEEE C57.91 ו-IEC 60076-12 מספקים הדרכה לביצועים תרמיים טרנספורמטיביים, ושינויים עתידיים צפויים לכלול שיטות בדיקה שנקבעו למגן חום. Utilities אימוץ מגיני חום צריך לבצע הן סימולציה והן ניסויים שדה כדי לאמת ביצועים בתנאים מקומיים.

מסקנה

מגיני חום הם שכבת הגנה מוכחת, יעילה עלות מפני עומסים תרמיים ברשתות חשמל.מצבע רפלקטיבי פשוט על ההופכים ל-PCMs מתקדמים בקמרונות כבלים, טכנולוגיות אלה מתייחסות ישירות לאחד המבשרים הנפוצים ביותר לכשלים בציוד ולתפיסות. כמו רשתות פנים מול ביקוש גובר, חדירה מתחדשת גבוהה יותר ותקנות בטיחות מחמירות יותר, תפקידם של מגיני חום רק יתרחב.

(ב) בפרשת [[המאה ה-20]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]