Progettazione e caso di applicazione del sistema camera di estinzione dell'arco per interruttore a SF6 da 252kV con serbatoio chiuso

Introduzione

Negli ultimi anni, la domanda di energia in Nigeria è aumentata con lo sviluppo della sua economia e società. Un sistema di trasmissione elettrica stabile e affidabile è cruciale per il suo sviluppo. Le linee di trasmissione ad alta tensione da 252kV svolgono un ruolo importante nella rete elettrica nigeriana, e le prestazioni degli interruttori direttamente influiscono sulla sicurezza e stabilità di queste linee. ABB, come produttore leader a livello mondiale di apparecchiature elettriche, ha sviluppato un interruttore SF6 da 252kV con serbatoio morto dotato di un avanzato sistema di camera di spegnimento dell'arco, progettato per soddisfare le specifiche esigenze della rete elettrica nigeriana e che ha ottenuto la certificazione SONCAP, garantendo la conformità agli standard locali.

Progettazione del Sistema della Camera di Spegnimento dell'Arco
Progettazione in Serie a Doppio Interruttore

La camera di spegnimento dell'arco dell'interruttore SF6 da 252kV con serbatoio morto adotta una progettazione in serie a doppio interruttore. In questa progettazione, due interruttori sono collegati in serie, e ciascun interruttore è progettato per sopportare circa il 50% della tensione totale, ovvero 126kV. Questo approccio innovativo riduce significativamente la pressione di recupero dielettrico su un singolo interruttore.

Quando si verifica un guasto a cortocircuito nella rete elettrica, viene generato un arco ad alta corrente nell'interruttore. Negli interruttori tradizionali a singolo interruttore, l'intera tensione di 252kV deve essere sopportata da un solo interruttore durante il processo di spegnimento dell'arco, il che mette una grande pressione sul recupero dielettrico dell'interruttore. Tuttavia, nella progettazione in serie a doppio interruttore, la tensione è condivisa tra i due interruttori. Ciò non solo riduce lo stress elettrico su ciascun interruttore, ma anche riduce il tempo necessario per il recupero dielettrico. Di conseguenza, l'efficienza dello spegnimento dell'arco è migliorata, e il rischio di riacceso dell'arco dopo lo spegnimento è notevolmente ridotto.

Per garantire il funzionamento stabile del sistema in serie a doppio interruttore, ABB ha sviluppato un insieme di tecnologie di controllo preciso della divisione della tensione. Sono installati condensatori paralleli speciali su entrambe le estremità di ciascun interruttore. Questi condensatori sono calibrati con cura per garantire che la distribuzione della tensione tra i due interruttori sia il più possibile bilanciata, anche in condizioni di guasti transitori complessi. Questo meccanismo di divisione della tensione ulteriormente migliora l'affidabilità del sistema della camera di spegnimento dell'arco.

Struttura del Cilindro a Pistone a Forma di T

Il cilindro del sistema della camera di spegnimento dell'arco è progettato con una struttura a pistone a forma di T, che è un componente chiave per generare un flusso di gas SF6 ad alta velocità. Quando l'interruttore riceve un comando di apertura, il pistone a forma di T inizia a muoversi. Durante il processo di apertura, il pistone comprime il gas SF6 nel cilindro a una pressione di 1,2MPa.

Questo processo di compressione è controllato con precisione per garantire che possa essere generato un flusso di gas ad alta velocità di 600m/s. Il flusso di gas SF6 ad alta velocità svolge un ruolo vitale nel processo di spegnimento dell'arco. Quando si genera l'arco, il flusso di gas ad alta velocità può raffreddare rapidamente il plasma dell'arco, ridurre la temperatura dell'arco e rimuovere le particelle ionizzate nel canale dell'arco. In questo modo, accelera il processo di recupero della resistenza dielettrica nella fessura di spegnimento dell'arco, consentendo all'interruttore di interrompere rapidamente la corrente di guasto e completare il compito di spegnimento dell'arco.

La struttura a pistone a forma di T presenta anche i vantaggi di una struttura semplice, alta resistenza meccanica e buona tenuta stagna. La struttura semplice favorisce la fabbricazione e la manutenzione del cilindro, mentre la alta resistenza meccanica assicura che il pistone possa sopportare il movimento ad alta pressione e alta velocità durante il funzionamento. La buona tenuta stagna del cilindro garantisce che il gas SF6 non fuoriesca, mantenendo il normale funzionamento dell'interruttore e assicurando la sicurezza della rete elettrica.

Ugelli Rinforzati con Fibra di Carbonio e PTFE

L'ugello è una parte importante della camera di spegnimento dell'arco, e le sue proprietà materiali influiscono direttamente sulla durata e sulle prestazioni di spegnimento dell'arco dell'interruttore. ABB ha scelto il PTFE rinforzato con fibra di carbonio come materiale per gli ugelli della camera di spegnimento dell'arco dell'interruttore SF6 da 252kV con serbatoio morto.

Il PTFE rinforzato con fibra di carbonio ha eccellenti proprietà come resistenza a temperature elevate, resistenza all'usura e forte resistenza all'erosione da arco. Durante il processo di spegnimento dell'arco, la temperatura nell'area dell'arco può raggiungere valori estremamente elevati, spesso superando i 10.000 °C. La resistenza a temperature elevate del PTFE rinforzato con fibra di carbonio consente all'ugello di mantenere la sua integrità strutturale e la stabilità delle prestazioni in tali condizioni avverse.

In termini di resistenza all'erosione da arco, questo materiale può sopportare almeno 2000 interruzioni a pieno carico (50kA), estendendo notevolmente il ciclo di manutenzione dell'interruttore. Rispetto ai materiali tradizionali per gli ugelli, gli ugelli in PTFE rinforzato con fibra di carbonio hanno una durata maggiore, riducendo la frequenza di manutenzione e sostituzione dell'equipaggiamento e quindi riducendo i costi complessivi di operazione e manutenzione della rete elettrica.

Certificazione SONCAP e Conformità

Per entrare nel mercato nigeriano, il sistema della camera di spegnimento dell'arco dell'interruttore SF6 da 252kV con serbatoio morto sviluppato da ABB ha superato con successo il processo di certificazione SONCAP. La certificazione SONCAP è un programma di valutazione rigoroso implementato dall'Organizzazione Nigeriana per gli Standard per garantire che i prodotti elettrici importati soddisfino gli standard locali di sicurezza, salute e protezione ambientale.

Durante il processo di certificazione, il prodotto di ABB è stato sottoposto a test completi in vari aspetti, inclusi le prestazioni elettriche, meccaniche, di sicurezza e l'adattabilità ambientale. La progettazione in serie a doppio interruttore, la struttura del cilindro a pistone a forma di T e gli ugelli in PTFE rinforzato con fibra di carbonio hanno tutti superato un rigido esame e verifica.

Ad esempio, nei test di prestazioni elettriche, la performance di divisione della tensione del sistema a doppio interruttore, la capacità di spegnimento dell'arco dell'interruttore sotto diverse correnti di guasto e le caratteristiche di recupero dielettrico hanno tutti soddisfatto o superato i requisiti degli standard nigeriani. Nei test di prestazioni meccaniche, la forza e la durata della struttura a pistone a forma di T, nonché l'affidabilità dell'operazione meccanica dell'interruttore, sono state pienamente riconosciute.

L'acquisizione con successo della certificazione SONCAP non solo dimostra l'alta qualità e l'affidabilità del sistema della camera di spegnimento dell'arco dell'interruttore SF6 da 252kV con serbatoio morto di ABB, ma fornisce anche una solida garanzia per la sua ampia applicazione nella rete elettrica nigeriana.

Applicazione nella Rete Elettrica Nigeriana

L'interruttore SF6 da 252kV con questo avanzato sistema della camera di spegnimento dell'arco è stato applicato con successo in diversi progetti chiave di trasmissione elettrica in Nigeria. In questi progetti, gli interruttori hanno mostrato un'ottima performance.

Durante il funzionamento, la progettazione in serie a doppio interruttore ha gestito efficacemente diversi guasti a cortocircuito, garantendo l'isolamento rapido dei guasti e minimizzando l'impatto sulla rete elettrica. La struttura del cilindro a pistone a forma di T ha generato in modo stabile un flusso di gas SF6 ad alta velocità, consentendo agli interruttori di completare il compito di spegnimento dell'arco in un breve tempo. Gli ugelli in PTFE rinforzato con fibra di carbonio hanno mantenuto buone prestazioni, e non si sono verificati erosioni o danni significativi anche dopo molte operazioni.

Grazie al funzionamento affidabile di questi interruttori, la rete elettrica nigeriana ha visto un notevole miglioramento nella sua affidabilità e stabilità. Le interruzioni di energia causate da guasti degli interruttori sono state notevolmente ridotte, fornendo un approvvigionamento elettrico più stabile per la produzione industriale e la vita quotidiana in Nigeria. Allo stesso tempo, la lunga durata e le basse esigenze di manutenzione degli interruttori hanno anche ridotto i costi di operazione e manutenzione del dipartimento locale di energia, il che è di grande importanza per lo sviluppo sostenibile dell'industria elettrica nigeriana.

Conclusione

Il progetto del sistema della camera di spegnimento dell'arco dell'interruttore SF6 da 252kV con serbatoio morto di ABB, con la sua innovativa progettazione in serie a doppio interruttore, la struttura del cilindro a pistone a forma di T e gli ugelli in PTFE rinforzato con fibra di carbonio, offre una soluzione eccellente per la trasmissione ad alta tensione in Nigeria. L'ottenimento della certificazione SONCAP garantisce la conformità agli standard locali, e la sua applicazione con successo nella rete elettrica nigeriana ha verificato la sua alta affidabilità e ottime prestazioni. Questo caso di progettazione non solo soddisfa le attuali esigenze di sviluppo della rete elettrica nigeriana, ma fornisce anche esperienza e riferimenti preziosi per la progettazione e l'applicazione di simili interruttori ad alta tensione in altre regioni. In futuro, ABB continuerà a ottimizzare e migliorare questa tecnologia per contribuire maggiormente allo sviluppo dell'industria elettrica globale.