Disseny i cas d'aplicació del sistema de càmara d'extinció d'arc del disjuntor SF6 de tanca morta a 252kV

Introducció

En els darrers anys, la demanda d'electricitat a Nigèria ha augmentat amb el desenvolupament de la seva economia i societat. Un sistema de transmissió d'electricitat estable i fiable és crucial per al seu desenvolupament. Les línies de transmissió d'alta tensió de 252kV juguen un paper important a la xarxa elèctrica nigeriana, i el rendiment dels interruptors juega un paper directe en la seguretat i estabilitat d'aquestes línies. ABB, com a fabricant líder mundial d'equips elèctrics, ha desenvolupat un interruptor de tanca morta SF6 de 252kV amb un sistema avançat de càmara d'extinció d'arc, dissenyat per satisfer les necessitats específiques de la xarxa elèctrica nigeriana i que ha obtingut la certificació SONCAP, assegurant la seva conformitat amb les normes locals.

Disseny del Sistema de Càmara d'Extinció d'Arc
Disseny de Sèrie de Doble Interrumpidor

La càmara d'extinció d'arc de l'interruptor de tanca morta SF6 de 252kV adopta un disseny de sèrie de doble interrupció. En aquest disseny, dos interrumpidors estan connectats en sèrie, i cada interrumpidor està dissenyat per suportar aproximadament el 50% de la tensió total, és a dir, 126kV. Aquest enfocament innovador redueix significativament la pressió de recuperació dielèctrica en una sola interrupció.

Quan es produeix un defecte de curtcircuït a la xarxa elèctrica, es genera un arc de corrent gran a l'interruptor. En l'interruptor de sol·licitud única tradicional, la tensió total de 252kV ha de ser suportada per un sol interrumpidor durant el procés d'extinció d'arc, el que suposa una gran pressió sobre la recuperació dielèctrica de l'interrumpidor. Tanmateix, en el disseny de sèrie de doble interrupció, la tensió es reparteix entre els dos interrumpidors. Això no només redueix l'estress elèctric en cada interrumpidor, sinó que també acurta el temps necessari per a la recuperació dielèctrica. Com a resultat, s'incrementa l'eficiència de l'extinció d'arc, i es redueix considerablement el risc de re-ignició de l'arc després de l'extinció.

Per assegurar el funcionament estable del sistema de sèrie de doble interrupció, ABB també ha desenvolupat un conjunt de tecnologies de control precís de repartició de tensió. Es col·loquen condensadors paral·lels especials a tots dos extrems de cada interrumpidor. Aquests condensadors són calibrats amb cura per assegurar que la distribució de tensió entre els dos interrumpidors sigui tan equilibrada com possible, fins i tot en condicions de defectes transitoris complexos. Aquest mecanisme de repartició de tensió incrementa encara més la fiabilitat del sistema de càmara d'extinció d'arc.

Estructura de Pistó T de Cilindre de Pressió

El cilindre de pressió del sistema de càmara d'extinció d'arc està dissenyat amb una estructura de pistó T, que és un component clau per generar un flux de gas SF6 d'alta velocitat. Quan l'interruptor rep una ordre de trencament, el pistó T comença a moure's. Durant el procés d'obertura, el pistó comprimeix el gas SF6 al cilindre a una pressió de 1,2MPa.

Aquest procés de compressió està controlat amb precisió per assegurar que es pugui generar un flux de gas d'alta velocitat de 600m/s. El flux de gas SF6 d'alta velocitat joca un paper vital en el procés d'extinció d'arc. Quan es genera l'arc, el flux de gas d'alta velocitat pot refredar ràpidament el plasma de l'arc, reduir la temperatura de l'arc i eliminar les partícules ionitzades al canal de l'arc. Això accelera el procés de recuperació de la resistència dielèctrica a la brecha d'extinció d'arc, permetent que l'interruptor talli ràpidament la corrent de defecte i completi la tasca d'extinció d'arc.

L'estructura de pistó T també té avantatges com una estructura simple, alta resistència mecànica i bona capacitat de sellat. La estructura simple facilita la fabricació i manteniment del cilindre de pressió, mentre que la alta resistència mecànica assegura que el pistó pugui suportar el moviment d'alta pressió i alta velocitat durant el procés d'operació. La bona capacitat de sellat del cilindre de pressió assegura que el gas SF6 no s'escombrarà, mantenen el funcionament normal de l'interruptor i assegurant la seguretat de la xarxa elèctrica.

Boces de Fibra de Carboni Reforçada amb PTFE

Les boces són una part important de la càmara d'extinció d'arc, i les seves propietats materials afecten directament la vida útil i el rendiment d'extinció d'arc de l'interruptor. ABB ha seleccionat fibra de carboni reforçada amb PTFE com a material per a les boces de la càmara d'extinció d'arc de l'interruptor de tanca morta SF6 de 252kV.

La fibra de carboni reforçada amb PTFE té excel·lents propietats com la resistència a alt temperatures, la resistència a l'usura i la forta resistència a l'erosió per arc. Durant el procés d'extinció d'arc, la temperatura a la zona de l'arc pot arribar a valors extremadament alts, sovint superant els 10.000 °C. La resistència a alt temperatures de la fibra de carboni reforçada amb PTFE permet que les boces mantinguin la seva integritat estructural i la seva estabilitat de rendiment en aquestes condicions severes.

En termes de resistència a l'erosió per arc, aquest material pot suportar com a mínim 2000 interrupcions a plea capacitat (50kA), el que allarga considerablement el cicle de manteniment de l'interruptor. En comparació amb els materials tradicionals de boces, les boces de fibra de carboni reforçada amb PTFE tenen una vida útil més llarga, reduint la freqüència de manteniment i substitució de l'equip, i així reduint el cost total d'operació i manteniment de la xarxa elèctrica.

Certificació SONCAP i Conformitat

Per entrar al mercat nigerià, el sistema de càmara d'extinció d'arc de l'interruptor de tanca morta SF6 de 252kV desenvolupat per ABB ha aconseguit passar amb èxit el procés de certificació SONCAP. La certificació SONCAP és un programa d'avaluació estricta implementat per l'Organització de Normes de Nigèria per assegurar que els productes elèctrics importats compleixin amb les normes locals de seguretat, salut i protecció ambiental.

Durant el procés de certificació, el producte d'ABB ha passat proves completes en diversos aspectes, inclosos el rendiment elèctric, el rendiment mecànic, el rendiment de seguretat i la adaptabilitat ambiental. El disseny de sèrie de doble interrupció, l'estructura de pistó T de cilindre de pressió i les boces de fibra de carboni reforçada amb PTFE han suportat una inspecció i verificació estricte.

Per exemple, en les proves de rendiment elèctric, el rendiment de repartició de tensió del sistema de doble interrupció, la capacitat d'extinció d'arc de l'interruptor sota diferents corrents de defecte i les característiques de recuperació dielèctrica han complert o superat els requisits de les normes nigerianes. En les proves de rendiment mecànic, la força i durabilitat de l'estructura de pistó T, així com la fiabilitat de l'operació mecànica de l'interruptor, també han estat reconegudes plenament.

L'adquisició exitosa de la certificació SONCAP no només demostra la qualitat i fiabilitat elevades del sistema de càmara d'extinció d'arc de l'interruptor de tanca morta SF6 de 252kV d'ABB, sinó que també proporciona una garantia sólida per a la seva amplia aplicació a la xarxa elèctrica nigeriana.

Aplicació a la Xarxa Elèctrica Nigeriana

L'interruptor de tanca morta SF6 de 252kV amb aquest avançat sistema de càmara d'extinció d'arc s'ha aplicat amb èxit en diversos projectes clau de transmissió d'electricitat a Nigèria. En aquests projectes, els interruptors han mostrat un rendiment excel·lent.

Durant el procés d'operació, el disseny de sèrie de doble interrupció ha tractat eficientment múltiples defectes de curtcircuït, assegurant la isolació ràpida dels defectes i minimitzant l'impacte a la xarxa elèctrica. L'estructura de pistó T de cilindre de pressió ha generat de manera estable un flux de gas SF6 d'alta velocitat, permetent que els interruptors compleixin la tasca d'extinció d'arc en un curt període de temps. Les boces de fibra de carboni reforçada amb PTFE també han mantingut un bon rendiment, i no s'ha produït cap erosió o dany significatiu després de moltes operacions.

Graças al funcionament fiable d'aquests interruptors, la fiabilitat i estabilitat de la xarxa elèctrica nigeriana s'han millorat significativament. Les interrupcions de corrent causades per falles d'interruptors s'han reduït considerablement, proporcionant un subministrament d'electricitat més estable per a la producció industrial i la vida quotidiana de la població nigeriana. Alhora, la llarga vida útil i els baixos requisits de manteniment dels interruptors també han reduït els costos d'operació i manteniment del departament local d'electricitat, el que és d'una gran importància per al desenvolupament sostenible de la indústria elèctrica nigeriana.

Conclusió

El disseny del sistema de càmara d'extinció d'arc de l'interruptor de tanca morta SF6 de 252kV d'ABB, amb el seu innovador disseny de sèrie de doble interrupció, l'estructura de pistó T de cilindre de pressió i les boces de fibra de carboni reforçada amb PTFE, ofereix una solució excel·lent per a la transmissió d'alta tensió a Nigèria. Obtenir la certificació SONCAP assegura la seva conformitat amb les normes locals, i la seva aplicació exitosa a la xarxa elèctrica nigeriana ha verificat la seva alta fiabilitat i rendiment excel·lent. Aquest cas de disseny no només compleix les necessitats actuals de desenvolupament de la xarxa elèctrica nigeriana, sinó que també proporciona experiència i referència valuoses per al disseny i aplicació d'interruptors d'alta tensió similars en altres regions. En el futur, ABB continuarà optimitzant i millorant aquesta tecnologia per contribuir més al desenvolupament de la indústria elèctrica global.