Ymchwil

Canolfan y Grid Cenedlaethol

Un o'n prosiectau mawr yw Canolfan y Grid Cenedlaethol. Mae Canolfan y Grid Cenedlaethol yn Ganolfan Ragoriaeth Ymchwil a sefydlwyd yn 2005 rhwng Prifysgol Caerdydd a’r Grid Cenedlaethol.

Mae'r Ganolfan yn darparu gwasanaethau ymchwil ac ymgynghori yn ogystal â sefydlu partneriaethau cydweithredol rhwng ymchwilwyr prifysgolion a pheirianwyr cwmnïau. Mae gan y Ganolfan arbenigedd penodol mewn systemau insiwleiddio foltedd uchel, amddiffyn rhag gorfoltedd, systemau daearu a diogelwch systemau trydanol.

Systemau Ynysyddion Nwy

Defnyddir ynysyddion nwy mewn amrywiaeth o gymwysiadau ar y rhwydwaith trawsyrru a dosbarthu foltedd uchel gan gynnwys offer switsh wedi'i hynysu â nwy (GIS) a llinellau trawsyrru wedi'u hynysu â nwy (GIL). Defnyddir aer a sylffwr hecsaflworid dan bwysedd (SF6) i ynysu offer foltedd uchel hyd at 420 kV yn y DU.

Fodd bynnag, oherwydd potensial cynhesu byd-eang SF6, mae ymchwil yn cael ei chynnal ar hyn o bryd i leihau neu ddisodli ei ddefnydd o fewn y rhwydwaith gyda chymysgedd nwy neu nwy ecogyfeillgar â phriodweddau trydanol tebyg. Mae ymchwil wedi galluogi ystod eang o offer ymarferol a thechnegau modelu i gael eu defnyddio yn y brifysgol er mwyn ymchwilio i ddadansoddiad trydanol, ffisegol a chemegol o unrhyw nwy neu gymysgedd o nwy a ddefnyddir mewn cymwysiadau rhwydweithiau pŵer.

Mae meysydd ymchwil penodol yn cynnwys:

• profion cryfder ynysyddion nwyol ymarferol gan gynnwys nodweddion AC, DC a foltedd chwalu ysgogiad mewn llestri pwysau ac offer maint llawn wedi'u hynysu â nwy (hyd at 400 kV)
• nodweddu nwyon ynysu amgen ecogyfeillgar i leihau neu ddisodli'r defnydd o'r nwy cynhesu byd-eang SF6
• ôl-osod offer sydd wedi'u hynysu â nwy sy'n bodoli eisoes gyda nwyon a chymysgeddau o nwyon amgen gan gynnwys offer trin nwy a monitro nwy
• monitro cyfraddau gollwng offer trawsyrru a dosbarthu wedi'u hynysu â nwy a thechnegau lliniaru
• dadansoddiad sgil-gynhyrchion solet wedi’i ddyddodi yn dilyn diraddio nwy a dadansoddiad delweddu arwyneb electrodau yn dilyn digwyddiad arcio
• dadansoddiad o sgil-gynhyrchion dadelfennu nwyol tymor hir/byr a chydnawsedd deunyddiau
• datblygu rhwystrau insiwleiddio/deuelectrig solet mewn offer AC a DC wedi'u hynysu â nwy gan ganolbwyntio'n benodol ar gyffyrdd triphlyg mewn GIS a GIL
• technegau monitro rhyddhau rhannol mewn GIS a GIL gan gynnwys datblygu synwyryddion UHF a HF a dadansoddiadau PD awtomatig a yrrir gan feddalwedd
• technegau datblygu, monitro a modelu synwyryddion gorfolteddau cyflym iawn (VFT) ar gyfer cymwysiadau GIS a GIL
• efelychu meysydd trydan a thechnegau modelu i efelychu ymddygiad nwyon/cymysgeddau o nwyon mewn offer wedi'u hynysu â nwy.

Systemau Ynysu Awyr Agored

Prif swyddogaethau ynysyddion yw gwrthsefyll straen mecanyddol dargludyddion trydanol ategol ac ynysu offer sy'n gweithredu ar wahanol botensialau trydanol mewn modd trydanol. Fflachiad llygredd yw'r prif baramedr ar gyfer dylunio ynysyddion awyr agored foltedd uchel ar gyfer gridiau trydanol AC a DC.

Mae dau brif fath o ynysyddion yn cael eu defnyddio ar gyfer llinellau uwchben foltedd uchel ac is-orsafoedd gan ddibynnu ar y deunydd a ddefnyddir: ceramig neu bolymerig. Oherwydd eu perfformiad gwell mewn amgylcheddau llygredig iawn, mae deunyddiau polymerig wedi cael eu derbyn yn helaeth, ond maent yn agored i ddiraddio hirdymor oherwydd heneiddio a hindreulio.

Mae dyluniad patent o ynysyddion band gwrth-sych wedi'i ddatblygu'n ynysyddion gwead llawn o ganlyniad i ymchwil a ariannwyd gan EPSRC ac mae'n cael ei dreialu ar hyn o bryd (Allied Insulators a'r Grid Cenedlaethol).

Mae meysydd ymchwil penodol yn cynnwys:

• datblygu gweithdrefnau labordy newydd i asesu perfformiad ynysyddion llygredig
• dadansoddiad gweledol ac isgoch i nodweddu bandiau sych ac arcau rhannol ar ynysyddion llygredig a'u heffaith ar ddisgwyliad oes ynysyddion
• gwead atal bandiau sych ar ynysyddion silicon-rwber
• graddio aflinol gan ddefnyddio microfaristorau ZnO i reoli’r maes mewn ynysyddion a llewys.

Systemau Daearu a Diogelwch Trydan

Mae system ddaearu unrhyw offer trydanol mawr yn cyflawni nifer o swyddogaethau:

• sicrhau diogelwch personol rhag siociau trydanol
• darparu cysylltiad daear solet ar gyfer trawsnewidyddion a llwybr daear ar gyfer atalwyr ymchwydd
• darparu llwybr ar gyfer gollwng llinellau trwy ddefnyddio switshis daearu
• darparu cysylltiadau daear ar gyfer adeileddau ac offer metelaidd.

Fel arfer, bydd angen i ddyluniad system ddaearu gydymffurfio â safon, a bydd y gwaith gosod yn cynnwys claddu bar copr llorweddol wedi'i fondio a rhodenni fertigol wedi'u gyrru yn uniongyrchol a allai gynrychioli cyfran fawr o'r gost a'r amser sy'n gysylltiedig â chomisiynu offer trydanol.

Mae ein gwaith ymchwil yn y maes hwn yn ymwneud â dull cymharol dylunio a gwerthuso systemau daearu a datblygu technegau mesur ar gyfer nodi nodweddion systemau yn y maes.

Mae meysydd ymchwil penodol yn cynnwys:

• asesu diogelwch a risg mewn systemau daearu gan ddefnyddio dulliau tebygol a chyfrifiadurol
• mesur a modelu systemau daearu gan ddefnyddio DC, AC, amledd amrywiol a chwistrelliadau ysgogiad
• daearu mewn systemau HVDC
• electrodau daear amledd uchel ar gyfer amddiffyn rhag mellt
• amddiffyn rhag mellt a diogelwch trydanol mewn rhwydweithiau ynysig
• datblygu cyfleusterau prawf electrodau daear rheoledig.

Systemau Trawsyrru Cywasgedig a Monitro Cyflyrau

Mae'r cynnydd yn y galw a'r anawsterau o ran cael tir ar gyfer datblygiadau newydd yn cyflwyno'r her o adeiladu llinellau uwchben newydd ac is-orsafoedd newydd ar safleoedd presennol. Mae uwchraddio llinellau uwchben yn cynnig mwy o gapasiti trosglwyddo pŵer heb unrhyw ofyniad tir newydd; a chan nad yw is-orsafoedd wedi'u hynysu ag SF6 o reidrwydd yn opsiwn a ffefrir bellach, y nod nawr yw lleihau maint is-orsafoedd trawsyrru gan ddefnyddio barrau bws wedi'u hynysu ag aer. Mae mabwysiadu cynlluniau newydd ar gyfer diogelu rhag gorfoltedd yn un o'r camau gweithredu pwysig i gyflawni cywasgu.

Yn ogystal, mae'r newid tuag at gridiau mwy clyfar a dibyniaeth gynyddol ar fonitro cyflyrau eang yn golygu bod cyfathrebu’n dod yn bwysicach. Mae cyfathrebu llinellau pŵer, yn enwedig safonau band cul Prime a G3-PLC sy’n cael eu datblygu, a phrotocolau diwifr newydd fel LoRa, yn cael eu harchwilio gan ein grŵp ymchwil i ddarparu cysylltiadau cyfathrebu hanfodol newydd. Mae ein gwaith ymchwil yn y maes hwn yn canolbwyntio ar gynyddu gwelededd gridiau trydanol trwy ganiatáu casglu data llwytho yn amlach, monitro cyflwr asedau a monitro gyda syncroffasorau.

Mae meysydd ymchwil penodol yn cynnwys:

• ymchwyddiadau ar rwydweithiau, amddiffyn yn erbyn gorfoltedd, cydlynu ynysu
• uwchraddio a chywasgu llinellau uwchben/is-orsafoedd
• ynysyddion awyr agored
• cyfrifiannau maes trydan a magnetig
• monitro cyflwr a chyfathrebu llinellau pŵer
• cerrynt a folteddau anwythol
• geometregau barrau bws is-orsaf amgen.

Effeithiau Uniongyrchol Mellt

Mae dadansoddiad ystadegol o adroddiadau hedfan yn dangos y bydd yr awyrennau teithwyr cyffredin yn cael eu taro gan fellten unwaith y flwyddyn. Am y rheswm hwn mae'r diwydiant awyrofod yn mabwysiadu safonau profi cadarn ar gyfer awyrennau a'u cydrannau sy'n cyfrif am yr amodau trawiad gwaethaf.

Mae ymchwil y labordy mellt yng Nghaerdydd yn canolbwyntio ar ryngweithio cyfredol uchel â deunyddiau ac adeileddau a datblygu technegau mesur ar gyfer nodweddu trawiadau.

Mae meysydd ymchwil penodol yn cynnwys:

• effeithiau uniongyrchol mellt yn taro ar ddeunyddiau a chydrannau awyrofod
• effaith cerrynt mellt ar gydrannau systemau pŵer gan gynnwys tyrbinau gwynt
• deall mecanweithiau dargludiad, effeithiau diraddio a dulliau methiant deunyddiau cyfansawdd carbon o dan gerrynt trawiadau mellt
• ffenomenau rhyddhau a dosraniadau maes trydan a magnetig mewn deunyddiau a chydrannau cyfansawdd carbon o dan drawiadau mellt
• nodweddu ffenomenau diraddio mewn deunyddiau cyfansawdd carbon o dan bwysau cerrynt mecanyddol a mellt cyfun
• cyfrannu at ddatblygu dyluniadau optimaidd ar gyfer deunyddiau a chydrannau carbon cyfansawdd, ac felly awyren fwy cyfansawdd
• ymchwilio i berfformiad caenau a phaent mewn cyfuniad â deunyddiau cyfansawdd carbon
• mellt fel gyrrwr marwolaeth coed yn y trofannau.

systemau ynysu awyrennau

Mae datgarboneiddio’r sector trafnidiaeth yn flaenoriaeth fawr, yn genedlaethol ac yn fyd-eang. Amcangyfrifir bod y sectorau hedfan domestig a rhyngwladol yn cyfrif am 2% o’r allyriadau CO₂ byd-eang sy’n deillio o weithgarwch dynol.

Mae aelod-wladwriaethau Sefydliad Hedfan Sifil Rhyngwladol y Cenhedloedd Unedig wedi ymrwymo i wneud iawn am unrhyw gynnydd mewn allyriadau y tu hwnt i 2020 a fydd, ynghyd â'r ymgyrch i gynyddu effeithlonrwydd tanwydd, yn ysgogi lleihau pwysau awyrennau y tu hwnt i'r hyn a gyflawnwyd eisoes trwy fabwysiadu deunyddiau ffrâm awyr cyfansawdd.

Mae'r cysyniad awyrennau mwy trydan (MEA) yn galluogi systemau mwy effeithlon i gael eu gwireddu trwy drydaneiddio is-systemau awyrennau mecanyddol a hydrolig traddodiadol. Gellir ystyried yr MEA hefyd yn gam tuag at wireddu awyren hollol drydan (AEA) fasnachol.

Bydd gan MEAs ac AEAs is-systemau mwy amrywiol sy'n hanfodol i ddiogelwch, yn seiliedig ar drawsnewidwyr electronig pŵer dwysedd uchel a dosbarthiad pŵer cerrynt uniongyrchol o fwy na 1000 folt. Mae'r straen cynyddol a brofir gan ynysyddion ceblau, cysylltwyr ac offer arall, ynghyd ag amodau amgylcheddol eithafol a deinamig a brofir wrth hedfan, yn cyflwyno nifer o heriau technegol.

Mae meysydd ymchwil penodol yn cynnwys:

• cydlynu ynysyddion ar uchder
• foltedd uchel DC wedi’i switsio a'i ddylanwad ar bwysau ar ynysyddion
• uchder deinamig ac effeithiau atmosfferig ar berfformiad ynysyddion
• anwedd a rhewi
• effaith cynyddu folteddau system ar amlder a difrifoldeb digwyddiadau gorfoltedd dros dro
• effeithiau anuniongyrchol mellt.