वेंटिलेशन के उद्घाटन की "अदृश्य लड़ाई": गर्मी अपव्यय और सुरक्षा के बीच महत्वपूर्ण संतुलन

स्विचगियर कैबिनेट के किनारों या शीर्ष पर वेंटिलेशन के उद्घाटन अगोचर स्लिट से अधिक कुछ नहीं प्रतीत हो सकते हैं, फिर भी वे उपकरण के "तापमान" को विनियमित करने और इसकी "सुरक्षा" सुनिश्चित करने के दोहरे उद्देश्य को पूरा करते हैं। के अनुसारविद्युत स्विचगियर की परिभाषास्विचगियर बिजली उत्पादन, पारेषण और वितरण प्रणालियों में मुख्य असेंबली है। सर्किट ब्रेकर और बसबार जैसे घटक ऑपरेशन के दौरान महत्वपूर्ण गर्मी उत्पन्न करते हैं, और वेंटिलेशन उद्घाटन गर्मी अपव्यय के लिए मुख्य चैनल के रूप में काम करते हैं। हालाँकि, एक विरोधाभास उत्पन्न होता है: जबकि बड़े और अधिक असंख्य उद्घाटन गर्मी अपव्यय दक्षता में सुधार करते हैं, वे बारिश के पानी, धूल और नमक कोहरे के लिए आसान प्रवेश बिंदु भी बन जाते हैं, जिससे इन्सुलेशन नमी की क्षति और घटक क्षरण होता है, जिससे सीधे उपकरण सुरक्षा को खतरा होता है।

यह संतुलन अधिनियम {{0}सुरक्षा से समझौता किए बिना गर्मी अपव्यय सुनिश्चित करता है, और गर्मी अपव्यय में बाधा डाले बिना सुरक्षा प्रदान करता है"{{1}मध्यम{2}} और उच्च वोल्टेज उपकरण जैसे कि में विशेष रूप से तीव्र है33 केवी गैस-इंसुलेटेड स्विचगियरऔर24 केवी स्विचगियर. ऐसे उपकरणों में उच्च शक्ति घनत्व और तत्काल गर्मी अपव्यय की आवश्यकता होती है, और इन्हें अक्सर बाहर या उच्च आर्द्रता वाले वातावरण में तैनात किया जाता है, जिसके लिए IP4X या उच्चतर की IP रेटिंग की आवश्यकता होती है। कम्प्यूटेशनल फ्लूइड डायनेमिक्स (सीएफडी) सिमुलेशन तकनीक के अनुप्रयोग ने वेंट डिजाइन में "अनुभवजन्य अनुमान" से "सटीक मात्रा निर्धारण" तक छलांग लगाने में सक्षम बनाया है, जिससे यह इस चुनौती को हल करने के लिए एक मुख्य उपकरण बन गया है। यह आलेख विश्लेषण करेगा कि कैसे सीएफडी सिमुलेशन वेंट की स्थिति, आकार और आकार को अनुकूलित करता है, साथ ही 24 केवी स्विचगियर और 33 केवी गैस इंसुलेटेड स्विचगियर में इसके व्यावहारिक अनुप्रयोगों को भी अनुकूलित करता है।

I. वेंटिलेशन डिज़ाइन "जीवन और मृत्यु का मामला" क्यों है? मुख्य संघर्ष और उद्योग के दर्द बिंदु​

वेंटिलेशन डिज़ाइन अनिवार्य रूप से "वायु प्रवाह चैनल" और "सुरक्षात्मक बाधाओं" की एक द्वंद्वात्मक एकता है। विशेष रूप से मध्यम- और उच्च-वोल्टेज स्विचगियर के लिए, किसी भी डिज़ाइन विचलन से विनाशकारी परिणाम हो सकते हैं:​

1. अपर्याप्त ताप अपव्यय: उपकरण "अति ताप" का घातक जोखिम

ऑपरेशन के दौरान, बसबार जूल हानि और सर्किट ब्रेकर आर्क शमन से उत्पन्न गर्मी के कारण स्विचगियर का आंतरिक तापमान बढ़ जाता है। डेटा से पता चलता है कि आंतरिक तापमान में प्रत्येक 10 डिग्री की वृद्धि के लिए, इन्सुलेट सामग्री का जीवनकाल 50% कम हो जाता है, और धातु घटकों की संक्षारण दर 30% बढ़ जाती है। के लिए24 केवी स्विचगियर3,150 ए तक की रेटेड धारा के साथ, यदि पूर्ण लोड ऑपरेशन के दौरान आंतरिक तापमान वृद्धि 60 K (तांबे बसबारों के लिए मानक सीमा) से अधिक हो जाती है, तो यह सीधे एक अधिक तापमान ट्रिप को ट्रिगर करेगा; इस बीच, हालांकि 33 केवी गैस इंसुलेटेड स्विचगियर एसएफ 6 गैस इन्सुलेशन का उपयोग करता है, ट्रेस गैस लीक को बाहर निकाला जाना चाहिए। यदि वेंटिलेशन अपर्याप्त है, तो गैस सांद्रता सुरक्षित सीमा से अधिक हो सकती है, जिससे सुरक्षा खतरे पैदा हो सकते हैं।

2. संरक्षण विफलता: पर्यावरणीय संक्षारण का "घातक मार्ग"।

अनुचित तरीके से डिज़ाइन किए गए वेंटिलेशन उद्घाटन वर्षा जल, धूल और संक्षेपण के घुसपैठ के लिए एक सीधा मार्ग बन सकते हैं:

यदि बाहरी 24 केवी स्विचगियर वेंटिलेशन उद्घाटन में बारिश से सुरक्षा की कमी है, तो भारी बारिश के दौरान बारिश का पानी आसानी से एक कोण पर रिस सकता है, जिससे सेकेंडरी सर्किट शॉर्ट सर्किट हो सकता है;

धूल भरे वातावरण में, यदि वेंटिलेशन के उद्घाटन में धूल फिल्टर की कमी है या अत्यधिक बड़े जाल के उद्घाटन हैं, तो बसबार जोड़ों पर धूल जमा होने से संपर्क प्रतिरोध बढ़ सकता है और स्थानीयकृत ओवरहीटिंग हो सकती है;​

उच्च आर्द्रता वाले वातावरण में, वेंटिलेशन छिद्रों के माध्यम से धीमी हवा के प्रवाह से कैबिनेट के अंदर संघनन हो सकता है, जिससे 33 केवी गैस इंसुलेटेड स्विचगियर के एसएफ 6 गैस डिब्बों में नमी संदूषण हो सकता है और इन्सुलेशन प्रदर्शन से समझौता हो सकता है।

3. पारंपरिक डिजाइनों का "अंधापन": अनुभववाद की सीमाएं

पारंपरिक वेंटिलेशन डिज़ाइन अक्सर इंजीनियरों के अनुभव पर निर्भर करता है {{0}जैसे कि "नीचे का सेवन, शीर्ष निकास" या "15% -20% खुला क्षेत्र" -लेकिन आंतरिक प्रवाह और तापमान क्षेत्रों के सटीक विश्लेषण का अभाव है: एक निश्चित रासायनिक औद्योगिक पार्क में, 24 केवी स्विचगियर में वेंटिलेशन के उद्घाटन के अनुचित स्थान के कारण कैबिनेट के अंदर भंवर का निर्माण हुआ, जिससे सर्किट ब्रेकर क्षेत्र में गर्मी जमा हो गई और कमीशनिंग के ठीक एक साल बाद इन्सुलेशन पुराना हो गया। इस बीच, एक निश्चित सबस्टेशन पर, सुरक्षा बढ़ाने के प्रयास में 33 केवी गैस इंसुलेटेड स्विचगियर के वेंटिलेशन के उद्घाटन को अत्यधिक कम कर दिया गया, जिसके परिणामस्वरूप एसएफ 6 गैस का रिसाव हुआ जिसे तुरंत बाहर नहीं निकाला जा सका और अलार्म बंद हो गया।

द्वितीय. सीएफडी सिमुलेशन: वेंटिलेशन होल डिजाइन के लिए "प्रिसिजन नेविगेटर"।

कम्प्यूटेशनल फ्लूइड डायनेमिक्स (सीएफडी) स्विचगियर कैबिनेट के भीतर वायु प्रवाह और गर्मी हस्तांतरण पैटर्न को मॉडल करने के लिए संख्यात्मक सिमुलेशन का उपयोग करता है। यह "मात्रात्मक अनुकूलन" को सक्षम करते हुए, विभिन्न वेंटिलेशन छेद डिजाइनों के तहत गर्मी अपव्यय दक्षता और सुरक्षा जोखिमों की सटीक भविष्यवाणी कर सकता है:

1. कोर सिमुलेशन आयाम: चुनौती को हल करने के लिए चार प्रमुख कारक

प्रवाह क्षेत्र सिमुलेशन: विश्लेषण करता है कि भँवरों और मृत क्षेत्रों से बचने के लिए वेंट स्थान और आकार कैबिनेट के भीतर वायु प्रवाह पथ को कैसे प्रभावित करते हैं। उदाहरण के लिए, सीएफडी सिमुलेशन से पता चला है कि 24 केवी स्विचगियर डिज़ाइन जिसमें "लंबे, संकीर्ण निचले वायु इनलेट और कोणीय शीर्ष वायु आउटलेट" का संयोजन होता है, पारंपरिक परिपत्र वेंट की तुलना में वायु प्रवाह वेग को 40% तक बढ़ा देता है, जिसमें कोई महत्वपूर्ण भंवर नहीं होता है;

तापमान क्षेत्र सिमुलेशन: इष्टतम वेंटिलेशन उद्घाटन अनुपात निर्धारित करने के लिए विभिन्न लोड स्थितियों के तहत कैबिनेट के अंदर तापमान वितरण की गणना करता है। के लिए33 केवी गैस-इंसुलेटेड स्विचगियर, सीएफडी सिमुलेशन रिसाव के बाद एसएफ 6 गैस के प्रसार पथ की सटीक गणना कर सकता है, वेंटिलेशन उद्घाटन की स्थिति को अनुकूलित कर सकता है, और यह सुनिश्चित कर सकता है कि लीक हुई गैस को 10 मिनट के भीतर कैबिनेट से बाहर निकाल दिया जाए;

सुरक्षा सिमुलेशन: वर्षा आवरण के कोण और धूल फिल्टर के जाल एपर्चर को अनुकूलित करने के लिए वेंटिलेशन उद्घाटन पर वर्षा जल और धूल के संचलन प्रक्षेप पथ का अनुकरण करता है। उदाहरण के लिए, सिमुलेशन ने निर्धारित किया कि 30 डिग्री से अधिक या उसके बराबर का वर्षा आवरण झुकाव कोण वायु सेवन दक्षता को प्रभावित किए बिना ऊर्ध्वाधर वर्षा को पूरी तरह से रोक सकता है;

बहु-परिदृश्य युग्मित सिमुलेशन: वेंटिलेशन उद्घाटन डिजाइन की अनुकूलन क्षमता को सत्यापित करने के लिए उच्च तापमान, भारी बारिश और धूल जैसी अत्यधिक पर्यावरणीय परिस्थितियों का संयोजन। एक निश्चित आउटडोर 24kV स्विचगियर के लिए, CFD युग्मित सिमुलेशन ने सुरक्षा रेटिंग को IP54 में अपग्रेड करते हुए गर्मी अपव्यय आवश्यकताओं को पूरा करते हुए, वेंटिलेशन ओपनिंग अनुपात को 20% से 12% तक अनुकूलित किया।

2. डिज़ाइन अनुकूलन केस अध्ययन: सिमुलेशन से कार्यान्वयन तक

केस 1: 24केवी स्विचगियर वेंटिलेशन ओपनिंग्स का सीएफडी अनुकूलन

एक निश्चित ब्रांड के 24kV स्विचगियर (IP4X सुरक्षा रेटिंग) के प्रारंभिक डिज़ाइन में 18% उद्घाटन अनुपात के साथ गोलाकार वेंटिलेशन उद्घाटन शामिल थे। हालाँकि, सीएफडी सिमुलेशन से पता चला कि सर्किट ब्रेकर क्षेत्र में तापमान वृद्धि 65K (मानक से 5K अधिक) तक पहुंच गई। अनुकूलन के माध्यम से:​

आकार: वायु प्रवाह प्रतिरोध को कम करने के लिए गोलाकार वेंटिलेशन उद्घाटन को सुव्यवस्थित आकार में संशोधित किया गया;

स्थिति: निचले एयर इनलेट को सर्किट ब्रेकर की तरफ 15 सेमी स्थानांतरित कर दिया गया था, और शीर्ष एयर आउटलेट को बसबार डिब्बे के साथ संरेखित किया गया था;

संरचना: एक 30 डिग्री कोणीय वर्षा ढाल और एक 100-मेष धूल फिल्टर जोड़ा गया था।

अनुकूलन के बाद सिमुलेशन से पता चला कि कैबिनेट के अंदर तापमान वृद्धि 52K तक गिर गई, वायु प्रवाह वेग 35% बढ़ गया, और बारिश के पानी और धूल के प्रवेश का खतरा समाप्त हो गया, जो पूरी तरह से IEC 62271-200 मानक की आवश्यकताओं का अनुपालन करता है।

केस 2: 33 केवी गैस के लिए कस्टम वेंटिलेशन डिज़ाइन - इंसुलेटेड स्विचगियर

एसएफ6 गैस (हवा से 5 गुना) के उच्च घनत्व के कारण, यह 33 केवी गैस इंसुलेटेड स्विचगियर में रिसाव के बाद कैबिनेट के निचले भाग में जमा हो जाती है। सीएफडी सिमुलेशन के माध्यम से:​

सेवन: ठंडी हवा खींचने और संवहन बनाने के लिए कैबिनेट के शीर्ष पर स्थित;

निकास वेंट: डूबती हुई SF6 गैस को सटीक रूप से निकालने के लिए, कैबिनेट के निचले भाग में, जमीन से 0.5 मीटर ऊपर स्थित;

खुला क्षेत्र अनुपात: 8% तक अनुकूलित, मजबूरन निकास के लिए अक्षीय पंखे के साथ संयुक्त, यह सुनिश्चित करते हुए कि लीक हुई गैस की सांद्रता 1000 μL/L (सुरक्षा सीमा) से अधिक न हो।

इस डिज़ाइन को GB 50060-2008 मानक के अनुसार मान्य किया गया है और इसे उच्च-ऊंचाई वाले सबस्टेशन में लागू किया गया है।

तृतीय. वेंटिलेशन ओपनिंग डिज़ाइन के "सुनहरे नियम": सीएफडी द्वारा निर्देशित व्यावहारिक समाधान

सीएफडी सिमुलेशन तकनीक के आधार पर और 24 केवी स्विचगियर और 33 केवी गैस इंसुलेटेड स्विचगियर के अनुप्रयोग परिदृश्यों पर विचार करते हुए, वेंटिलेशन ओपनिंग डिज़ाइन को तीन प्रमुख सिद्धांतों का पालन करना चाहिए: "संरचनात्मक अनुकूलन, पैरामीटर मात्रा का ठहराव, और बढ़ी हुई सुरक्षा":

1. संरचनात्मक डिजाइन: विभिन्न उपकरणों के अनुरूप वेंटिलेशन समाधान

24 केवी स्विचगियर (वायु-इन्सुलेटेड प्रकार):

वेंटिलेशन मोड: प्राकृतिक संवहन और मजबूर शीतलन का संयोजन, नीचे हवा का सेवन और शीर्ष पर निकास के साथ;

आकार: वर्षा जल के प्रवेश को कम करने के लिए सेवन द्वार लम्बे (चौड़ाई 5 सेमी से अधिक या उसके बराबर) होते हैं, जबकि निकास द्वार कोणीय (30 डिग्री -45 डिग्री) होते हैं;

सहायक संरचनाएं: IP54-रेटेड वॉटरप्रूफ लाउवर और हटाने योग्य धूल फिल्टर की स्थापना, जिन्हें गर्मी अपव्यय को प्रभावित किए बिना नियमित रूप से साफ किया जा सकता है।

33 केवी गैस-इंसुलेटेड स्विचगियर (एसएफ6-इंसुलेटेड):​

वेंटिलेशन मोड: मुख्य रूप से मजबूर निकास, शीर्ष पर हवा का सेवन और नीचे निकास;

आकार: एयर इनलेट गोलाकार होते हैं (व्यास 8 सेमी से अधिक या उसके बराबर होता है), और निकास आउटलेट गैस फैलाव की सुविधा के लिए ग्रिल प्रकार के होते हैं;​

सहायक संरचना: एक SF6 गैस सांद्रता सेंसर से सुसज्जित है जो पंखे के संचालन को नियंत्रित करता है, समन्वित सुरक्षा और गर्मी अपव्यय सुनिश्चित करता है।

2. पैरामीटर्स की मात्रा: सीएफडी अनुकूलन के लिए कोर मेट्रिक्स

खुला क्षेत्र अनुपात: उपकरण शक्ति घनत्व के आधार पर समायोजित; फुल लोड के तहत 24 केवी स्विचगियर के लिए 12%-15%, और 33 केवी गैस इंसुलेटेड स्विचगियर के लिए 8%-10%;

वायु प्रवाह वेग: अत्यधिक वेग के कारण होने वाले संघनन या अपर्याप्त वेग के कारण गर्मी के निर्माण को रोकने के लिए, इनलेट वायु वेग को 1-2 मीटर/सेकेंड पर और आउटलेट वायु वेग को 2-3 मीटर/सेकेंड पर नियंत्रित किया जाता है;​

तापमान वृद्धि नियंत्रण: सीएफडी सिमुलेशन यह सुनिश्चित करते हैं कि कैबिनेट के अंदर अधिकतम तापमान वृद्धि जीबी/टी 11022 मानक में निर्दिष्ट सीमा से अधिक न हो (कॉपर बसबार 60 K से कम या उसके बराबर, एल्यूमीनियम बसबार 70 K से कम या उसके बराबर)।​

3. उन्नत सुरक्षा: गर्मी अपव्यय से समझौता किए बिना उन्नत सुरक्षा

सामग्री संरक्षण: संक्षारण के कारण होने वाली संरचनात्मक विकृति को रोकने के लिए वेंटिलेशन ओपनिंग फ्रेम 304 स्टेनलेस स्टील से बने होते हैं; रेन कवर मौसम प्रतिरोधी एबीएस सामग्री से बने होते हैं जो -40 डिग्री से 70 डिग्री तक तापमान चक्र को सहन करने में सक्षम होते हैं;​

सीलिंग सिनर्जी: ईपीडीएम सीलिंग स्ट्रिप्स को वेंटिलेशन ओपनिंग और कैबिनेट बॉडी के बीच कनेक्शन बिंदुओं पर स्थापित किया जाता है, जिसमें बारिश के पानी को अंतराल के माध्यम से रिसने से रोकने के लिए 20% -30% पर संपीड़न नियंत्रित किया जाता है;

पर्यावरणीय अनुकूलन: बाहरी वातावरण के लिए रेन कैप जोड़े जाते हैं (ढलान 15 डिग्री से अधिक या उसके बराबर); निरार्द्रीकरण उपकरणों को उच्च आर्द्रता वाले वातावरण के साथ जोड़ा जाता है; और धूल भरे वातावरण के लिए उच्च-घनत्व वाले धूल फिल्टर (120 जाल से अधिक या उसके बराबर) का चयन किया जाता है।

सारांश

स्विचगियर का दीर्घकालिक विश्वसनीय संचालन अक्सर वेंटिलेशन ओपनिंग जैसे "विवरण" पर निर्भर करता है। विद्युत स्विचगियर का मुख्य मिशन "विद्युत ऊर्जा को सुरक्षित और स्थिर रूप से प्रसारित करना" है और चूंकि वेंटिलेशन उद्घाटन गर्मी अपव्यय और सुरक्षा के लिए महत्वपूर्ण बिंदु के रूप में कार्य करते हैं, इसलिए उनकी डिजाइन गुणवत्ता सीधे उपकरण के जीवनकाल और परिचालन सुरक्षा को प्रभावित करती है। सीएफडी सिमुलेशन तकनीक के अनुप्रयोग ने 24 केवी स्विचगियर और 33 केवी गैस इंसुलेटेड स्विचगियर जैसे उपकरणों के अनुकूलित डिजाइन के लिए वैज्ञानिक आधार प्रदान करते हुए "अनुभव आधारित डिजाइन" को "सटीक डिजाइन" तक बढ़ा दिया है, जिससे गर्मी अपव्यय और सुरक्षा के बीच व्यापार को हल किया जा सकता है। ​

उद्यमों के लिए, सीएफडी -अनुकूलित वेंटिलेशन डिजाइन के साथ स्विचगियर चुनने का मतलब अनिवार्य रूप से "जीवनचक्र विश्वसनीयता" को चुनना है। निर्माताओं के लिए, केवल डिज़ाइन प्रक्रिया में सिमुलेशन तकनीक को गहराई से एकीकृत करके ही वे तीव्र बाजार प्रतिस्पर्धा में खड़े हो सकते हैं और पावर ग्रिड सुरक्षा के लिए "रक्षा की छिपी हुई रेखा" का निर्माण कर सकते हैं।

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