熱積み過ぎからの電力網を保護する熱保護のロール

実際には、よく設計された熱シールドシステムは、障害やピークの要求中であっても、安全な温度ウィンドウ内の重要なグリッド資産を維持するために、これらのメカニズムを組み合わせます。

ヒートシールドが適用されるところ

ヒートシールドは、サイズフィットオールではありません。 配置は、コンポーネントとその故障モードによって異なります。 トランスでは、熱シールドは、巻上げとタンク壁の間に設置して、熱心な温度を下げることができます。 サブステーションでは、アーク耐性スイッチギヤは、シールドを使用して、オペレータから離れた熱ガスをデフレクションします。 伝送線では、ヒートシールドは、ソーラーコントラクターの加熱または加熱装置を削減するために、導体にセラミックコーティングの形態を取ることができます。

]キーのアプリケーション領域に:[

• 変流器と原子炉
• 高圧開閉装置と遮断器]
• バスバーとケーブルジョイント[
• ] 輸送および流通ライン(特に火-prone領域)[
• [ HVDCと再生可能統合におけるパワーエレクトロニクス(変換器、インバータ)

ヒートシールドの種類とその働き方

反射コーティング

反射コーティングは、放射熱源に直面している表面に適用されます。一般的な処方には、アルミニウム充填塗料、セラミックマイクロス、多層誘電スタックが含まれます。例えば、変圧器タンクの高床コーティングは、最大40%の太陽熱の利益を削減し、直接油や風化温度を下げることができます。これらのコーティングは、安価でレトロフィットが容易で、屋外機器に人気があります。

絶縁障壁

絶縁障壁は伝導性および対向熱伝達を限ります。 aerogelの毛布、鉱物ウールおよび高温polyimideのフィルムのような材料は敏感な電子工学か構造要素から熱部品を分けるのに使用されています。 封じられた開閉装置では、アークのフラッシュでき事からのガラス補強されたエポキシのダイバートの熱ガスから成っている熱保護は、近くの器械使用および人員を保護します。

活動的な冷却装置

アクティブ冷却は、パッシブシールドを超えて行きます。 強制空気システム、水冷ヒートシンク、および液浸冷却は、高出力トランス、電力電子機器、地下ケーブルに配備されます。 大規模なサブステーションでは、ファンは温度センサーによって誘発され、風温度がセットポイントを超えたときにラジエーターフィンを吹き飛ばす可能性があります。 高度なシステムは、高熱フラックス除去を達成するために、冷却剤を使用して、相変化を使用します。

相変化材料(PCM)および熱貯蔵

PCMは、材料が変化する間、溶融することにより、過負荷中の熱を吸収し、ほぼ一定の温度を維持します。 グリッドアプリケーションの場合、パラフィンワックス、塩水化物、または金属合金などのPCMは、ケーブルや変圧器のコアの周りに熱シールドに埋め込むことができます。 彼らは、温度が重要なようになる前に、負荷を再ルートしたり、バックアップ冷却を活性化するオペレータに時間を与える熱衝撃吸収剤として機能します。

熱シールドの実装の利点

• 安全強化]: メンテナンス担当者の燃焼リスクを低減し、アークイベントでの火災危険性を低減しました。
• [ 拡張されたアセットライフ]:連続動作温度の10°C削減は、(アレニウス法に従う)、交換間の故障や長い間隔を削減することができます。
• : 改善された信頼性[]]: 熱シールドは、過熱リレーの迷惑トリップを防ぎ、ピーク負荷時のカスタッディング障害の可能性を削減します。
• [ 容量ヘッドルーム]: より効果的に熱を管理することで、既存のインフラストラクチャは安全により高い電流を運ぶことができ、新しいラインや変圧器の資本支出を延期することができます。
• ]操作性保存:低熱応力でメンテナンス頻度と緊急修理コストを削減し、アクティブ冷却システム(調整時)は、抵抗損失を削減することにより、全体的な効率を向上させることができます。

電力輸送に関するIEEE取引]に公表された2021件の研究]は、反射熱シールドを適用して、熱気候の分布トランスに平均風化温度を12°C削減し、推定5〜8年で寿命を延ばすことを発見しました。 電力研究所(EPRI)によるもう一つの分野試験は、地下ケーブルボルトに設置された相変化材料が故障時に温度を延ばす時間を倍増し、システムが損傷する前に自動的に保護が発生したことを実証しました。

ヒートシールド技術における未来の展開

ナノ材料とメタマテリアル

ヒートシールドはナノテクノロジーを採用しています。カーボンナノチューブコーティングは、極端に高い熱伝導性を1軸に発揮し、熱間スポットから離れた方向熱を分散させることができます。グラフェンベースのフィルムは、反射性と強度を兼ね備え、静的およびフレキシブルなコンポーネントの両方に有効にします。メタマテリアルズは、エンジニアリングされた電磁および熱的特性を備えた構造で、熱間ダイオードとして機能します。逆流をブロックしながら、熱を透過的に誘導することができます。

スマートコーティングと適応性のある表面

適応熱管理は地平線にあります。 スマートコーティングは、温度に対する応答の許容または反射率を変えます。 例えば、バナジウム二酸化物は、透明から反射する赤外線スペクトルに切り替える68°C付近の金属絶縁体遷移を受けます。 熱シールドに統合すると、コンポーネントが危険しきい値に影響する、または制御ループなしで自動的に熱利益を減らすことができます。

デジタルツインとIoTとの統合

将来の熱シールドは、リアルタイム監視と組み合わせる可能性があります。 温度センサー(ファイバーブラッググレーション、熱電対)は、電流負荷と気象下での熱進化を予測するデジタルツインモデルにデータをフィードします。 潜在的な過負荷が検出されると、モデルは、負荷の取除くか、アクティブな冷却を主導することをお勧めすることができます。 この材料科学とデジタルツールの融合は、より広範なグリッド保護エコシステムの一部を熱シールドします。

課題と考察

利点にもかかわらず、熱シールドは慎重にエンジニアリングを必要とします。 貧しい材料は、特に限られたスペースで、それを拡散するよりも熱をトラップすることができます。 誤ったインストール - 例えば、気流をブロックする絶縁障壁は、実際には隣接するコンポーネントの温度を上げることができます。 さらに、熱シールドは重量とコストを追加しているので、ライフサイクル分析は不可欠です。 アクティブ冷却システムはエネルギーを消費し、メンテナンスポイントを導入します。 過酷な電気環境(EMI、変電所の内部)に耐えるように設計する必要があります。

規格体は、これらの技術を解決するために始まります。IEEE C57.91とIEC 60076-12は、変圧器の熱性能に関するガイダンスを提供し、将来のリビジョンは、熱シールドの所定の試験方法を含むことが期待されます。熱シールドを採用するユーティリティは、現地条件下で性能を検証するために、シミュレーションとフィールドの試験の両方を実施する必要があります。

コンテンツ

熱シールドは、電力網の熱積み過ぎに対する実証済みの、費用対効果の高い防御層です。 変圧器の簡単な反射塗料から、ケーブルボルトの高度なPCMに至るまで、これらの技術は、直接機器の故障と停電に最も一般的なプレカーの1つに対処します。 グリッドは、成長する需要、より高い再生可能エネルギーの浸透、および厳しい安全規制に直面しているため、熱シールドの役割は拡大します。 パッシブおよびアクティブな熱管理の両方に投資 - グリッドと再資源化、将来の電力の監視、および将来の電力の方向性監視、および電力の方向性監視、および電力の方向性監視、および電力の方向性監視、および電力の方向性を監視します。

さらなる読書については、次のことを参照してください。: []] NREL の熱管理報告書[], [] トランス熱シールドに関するIEEE研究], [[]]]] EPRI ケーブルの熱強化ガイド.