Kuidas projekteerida alajaamad, mis sobivad linnade võrgu jaoks?

Peamised linnade alajaamade projekteerimise piirangud: ruum, ohutus ja esteetika

Piiratud ruumi ületamine kõrgelt tihedas keskkonnas

Kohapealne ruum on alati piiratud linnade alajaamades, eriti siis, kui suurlinnades maa hind saab olla viimaste andmete kohaselt Urban Land Institute’i järgi üle ühe miljoni dollariga hektari kohta. Gaasisisaldav lülitusseade vähendab füüsilist ruumivajadust umbes kahe kolmandiku võrra võrreldes traditsiooniliste õhuisolatsiooniga süsteemidega, mistõttu on selle kasutamine tihedas asustuses paiknevates piirkondades praktiliselt vajalik. Moodulne lähenemisviis võimaldab inseneridel paigutada transformaatoreid ja muud seadmeid vertikaalselt üksteise peale asemel, et neid horisontaalselt laiali laiutada. Eelvalmistatud alajaamayksused kiirendavad oluliselt tööd kitsastes kohtades, näiteks allmaistes kasulike ruumides või hoonevahelistes kitsastes tagatänavates. Kogu varustuse nutikas paigutus tagab, et hooldustööde jaoks on kõikide seadmete ümber piisavalt ruumi, samas kui toimingud jäävad igapäevaselt sujuvalt toimima.

Turvalisuse tagamine optimeeritud maanduse ja samm-/puutumispingete kontrolliga

Õige ühendusmaa süsteemid piiravad samm-/puutepotentsiaale voolukatke korral alla 5 V, vastavalt IEEE 80-2013 standardile. Kihtkujuline lähenemisviis hõlmab:

• Põhja poole süvendatud elektroodid, mis ulatuvad madala takistusega muldkihtidesse
• Kõigi metallkonstruktsioonide võrdpotentsiaalne ühendamine
• Purustatud kivimaterjali katmiskiht (0,15 m paksune) kontakttakistuse suurendamiseks

Pidev maavõrgu terviklikkuse jälgimine takistab korrosioonipõhiste rikeste teket – need põhjustavad 17 % alajaamade väljalülitumisi (EPRI 2023). Täielikult integreeritud kaitse süsteemid vähendavad kaarapõletusohu 92 % ulatuses kinnistes linnapiirkondades, nagu kinnitatakse 2024. aasta Elektriohutusraportis.

Linnavalitsuste nõuete täitmine visuaalse ühilduvuse ja müra vähenemise osas

Linnad nõuavad alajaamade mürataseme langemist alla 55 dB(A) kinnistu piiril, mis on kooskõlas WHO suunistega. Seda saavutatakse järgmiselt:

• Madala müraga transformaatorid (<65 dB) heli neelavate korpustega
• Akustilised takistused komposiitmaterjalidest
• Strateegiline ventileerimiskonstruktsioon, et vältida resonantsi või müra tugevnemist

Esteetiline integreerimine hõlmab rohelisi seinaid, arhitektoonilist katted, mis sobivad ümbritsevate hoonetega kokku, ning kõrgpingejuhtmete maassepanemist. Chicago jõekalda alajaam on edukas näide visuaalse mõju leevendamisest – selle ventilatsioonikonstruktsioonid teenivad samaaegselt ka avaliku kunstiinstallatsioonidena, säilitades samas N+1 varunduse.

GIS vs. AIS: Optimaalse alajaama tehnoloogia valik linnapiirkondades

Miks gaasisisaldav lülitusseade (GIS) domineerib ruumipiiratud alajaamade projekteerimist

Gaasisisestateud lülitusseadmed (GIS) näitavad oma tugevust eriti tihedates linnapiirkondades, kus kinnisvara hinnad ületavad üle miljoni dollari akri kohta. Kompaktne disain koos hermeetiliste SF6-kammeritega võtab umbes 70% vähem ruumi kui õhuisolateeritud lülitusseadmed (AIS), mis on väga oluline, kui alajaamad peavad sobima ruumidesse, mille suurus on ainult 30% varasemast standardist. Teine suur eelis? GIS ei ole tundlik õhus leiduva tolmu ega lähedalasuvate rannikute soolale, mistõttu katkestused esinevad umbes 40% vähem sageli tööstusettevõtete lähedal või rannikualadel. Hoolduse osas võivad need süsteemid töötada üle kümme aastat ilma kontrollide vaheta – see on kolm korda pikem intervall kui tavapäraste AIS-seadmete puhul. See tähendab kokku umbes 2,1 miljoni dollari säästmist pikas perspektiivis, kuigi esialgsed kulud on 20–30% kõrgemad. Kõigi nende eeliste tõttu valivad enamik insenerid GIS-i esimesena, kui projekteerivad elektrisüsteeme suurlinnades, metroojaamades ja haiglates, kus usaldusväärsus lihtsalt ei saa kompromissi alla jääda.

Kui õhuisoleeritud lülitusseadmed (AIS) on ikka sobivad linnapiirkondade ümberehitusteks

Õhuisoleeritud lülitusseadmed on endiselt praktiliselt kasutuses vanemates linnavõrkudes, kus olemasolev paigaldus võimaldab lihtsamat ühendamist. Uuringud, mis tehti eelmise aasta võrgu kaasaegsustamise raames, näitavad, et vanade ja üle 100 aasta vanuste alajaamade laiendamisel – eriti 11–33 kV vahemikus – maksab õhuisoleeritud süsteemi (AIS) paigaldamine umbes 40 protsenti vähem kui gaasisoleeritud süsteemi (GIS) moderniseerimine. Selle asjaolu tõttu, et AIS on paigaldatud väljas, saavad insenerid osa haagida järk-järgult ilma kogu süsteemi täieliku väljalülitamiseta, mis on eriti oluline piirkondades, kus energiakompaniidel on lubatud elektrita olla vaid lühike aeg – näiteks kõigest neli tundi korraga. Kindlasti suudab GIS paremini vastu panna rasketele ilmastikutingimustele, kuid AIS toimib piisavalt hästi ka sellistes kohtades, kus tolmu ja mustuse probleem ei ole pidev, tingimusel et regulaarne hooldus hoiab seadmeid puhtana. Samuti võimaldab AIS-i lihtsam konstruktsioon ajutiste võrgulahenduste loomisel töö erinevate etappide vahel saavutada taas töökorras oleku umbes kolmandiku võrra kiiremini kui GIS-lahendustega.

Elektri- ja soojuspaigutuse optimeerimine linnade alajaamades

Maapõhjas kaablite integreerimine, elektromagnetilise häiresoovitus (EMI) vähendamine ja koordineeritud maandamine

Aina rohkem linnade elektrijaamad kasutavad tänapäeval maapõhisesid kaableid, sest ülevalt kulgevate juhtmete jaoks pole enam piisavalt ruumi ning kellelgi ei meeldi need ebailmelised postid, mis segavad linnaümbritset. Kuid siin on küll probleem – kõigi nende kaablite maapõhisesse paigutamine võib põhjustada tõsiseid elektromagnetilisi häireid, mis hävitavad täpsed juhtimissüsteemid ja sidevarustus. Selle probleemi lahendamiseks peavad insenerid paigaldama erilisi ekraanitud kaableid, tagama elektrifaaside õige tasakaalu paigaldamisel ning hoidma andmekaablid füüsiliselt eraldi võimsusjuhtmetest. Teine absoluutselt oluline aspekt on õige maandamine. Kõik metallist osad elektrijaamas – sealhulgas kaablite kaitsekatted, torusüsteemid ja isegi terasraam ise – tuleb ühendada ühe suure maandusvõrguga. See seade aitab ohutult juhtida ära ohtlikud elektrikahjustused ja vastab rangele turvastandardile IEEE 80-2013, mis käsitleb puute- ja sammupingeid.

Soojusjuhtimisstrateegiad kinnistes või basseini-ehitusega jaamakonfiguratsioonide jaoks

Soojusjuhtimine on tingimata vajalik ruumipiiratud, kinnistes või allpool maapinda asuvates jaamades—kus soojuse kogunemine kiirendab isoleerimise degradatsiooni ja lühendab seadmete eluiga. Tõhusad strateegiad hõlmavad:

• Passiivsed lahendused: soojussummutavad seinakatted, soojusmassi integreerimine ja optimeeritud õhuvoolu teed arvutusliku vedeliku dünaamika (CFD) modelleerimise abil
• Aktiivne jahutus: sundventilatsioonisüsteemid keskmise pinge seadmete jaoks; vedelikujahutusega transformaatorid kõrgkoormusega tsooni jaoks
  Proaktiivne soojusmonitoring—kasutades sisseehitatud IoT-sensoreid ja AI-põhist anomaliate tuvastust—vältib kuumaid kohti ja pikendab varade eluiga kuni 50% võrreldes juhitumatute keskkondadega.

Tulevikukindlad linnajaamad: skaalatavus, täisautomaatne juhtimine ja taastuvenergia valmisolek

Linnade võrgustikud peavad jõudma kaasa kasvavate nõudmistega, mida esitavad elektriautod, kohalik energiatootmine ja kliimakatused. Kaasaegsed alajaamad on nüüd disainitud modulaarsete komponentidega, mis võimaldavad energiakompaniitel suurendada võimsust astmeliselt, mitte ehitada kõike korraga. See teeb lihtsamaks ühendada elektriautode laadimisjaamu, väikseid kohalikke võrgustikke või uusi arenduspiirkondi ilma suurte katkestusteta. Lisaks integreeritakse ka nutitehnoloogiat: kunstlik intelligents ja internetiühendusega andurid aitavad ennustada seadmete võimalikku rike, tasakaalustada elektri koormust reaalajas ning eraldada probleemid kiiresti, et katkestused ei kestaks nii kaua. Taastuvatest energiaallikatest, näiteks tuulest ja päikesest, saadava energiaga toimetulekuks on loodud erikonfiguratsioonid, mis aitavad kohaneda nende ebatäpsusega ning säilitada pinge stabiilsena ka siis, kui energiat voolab võrgus edasi-tagasi. Need kohandused tagavad, et üleliialise tootmise korral raisatakse vähem puhta energiat. Tulevikku vaadeldes ehitavad linnad, kes investeerivad skaalatavasse infrastruktuuri, nutikatesse jälgimissüsteemidesse ja rohelise energiaga kohanemisvõimekusesse, tugevamaid aluseid oma elektrivõrkudele.

KKK

Mis on gaasisisestatud lülitusseadmete (GIS) kasutamise peamine eelis linnades asuvates jaamades?

GIS nõuab kuni 70% vähem ruumi kui õhuisoleeritud lülitusseadmed (AIS), mistõttu sobib see ideaalselt tihedalt asustatud linnaaladele.

Kuidas tagavad linna jaamad ohutuse?

Optimeeritud maandussüsteemide, võrdse potentsiaali ühenduste ja pideva jälgimisega, et vältida rikeid, ning integreeritud kaitse süsteemide kasutamisega kaarapõletusohu vähendamiseks.

Milliseid strateegiaid kasutatakse jaamades soojusjuhtimiseks?

Strateegiad hõlmavad passiivseid lahendusi, näiteks soojusmassi integreerimist ja aktiivseid jahutussüsteeme, samuti proaktiivset soojusjälgimist IoT-sensorite abil.