การออกแบบและกรณีการใช้งานของระบบห้องดับอาร์คในเบรกเกอร์ SF6 ถังตาย 252kV

บทนำ

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ความต้องการใช้ไฟฟ้าของไนจีเรียเพิ่มขึ้นตามการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคม ระบบส่งไฟฟ้าที่เสถียรและเชื่อถือได้นั้นสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนา สายส่งไฟฟ้าแรงสูง 252kV มีบทบาทสำคัญในระบบสายส่งไฟฟ้าของไนจีเรีย และประสิทธิภาพของเบรกเกอร์มีผลโดยตรงต่อความปลอดภัยและความเสถียรของสายส่งเหล่านี้ ABB ในฐานะผู้ผลิตอุปกรณ์ไฟฟ้าชั้นนำระดับโลก ได้พัฒนาเบรกเกอร์ SF6 แบบถังตาย 252kV ที่มีระบบห้องดับอาร์คขั้วไฟฟ้าที่ทันสมัย ออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของระบบสายส่งไฟฟ้าของไนจีเรียและได้รับการรับรอง SONCAP ซึ่งรับประกันว่าเป็นไปตามมาตรฐานท้องถิ่น

การออกแบบระบบห้องดับอาร์คขั้วไฟฟ้า
การออกแบบอาร์คขั้วไฟฟ้าแบบสองชุดอนุกรม

ห้องดับอาร์คขั้วไฟฟ้าของเบรกเกอร์ SF6 แบบถังตาย 252kV ใช้การออกแบบอาร์คขั้วไฟฟ้าแบบสองชุดอนุกรม ในการออกแบบนี้ สองวงจรตัดจะเชื่อมต่อกันแบบอนุกรม และแต่ละวงจรตัดถูกออกแบบให้รับแรงดันประมาณ 50% ของแรงดันรวม คือ 126kV การออกแบบนี้ลดแรงกดดันในการฟื้นฟูฉนวนของวงจรตัดเดียวอย่างมาก

เมื่อมีข้อผิดพลาดทางวงจรสั้นในระบบสายส่งไฟฟ้า จะเกิดอาร์คขั้วไฟฟ้ากระแสสูงในเบรกเกอร์ ในเบรกเกอร์แบบวงจรตัดเดียว แรงดัน 252kV ทั้งหมดต้องถูกทนทานโดยวงจรตัดเดียวในกระบวนการดับอาร์ค ซึ่งสร้างแรงกดดันอย่างมากในการฟื้นฟูฉนวนของวงจรตัด แต่ในการออกแบบอาร์คขั้วไฟฟ้าแบบสองชุดอนุกรม แรงดันจะถูกแบ่งระหว่างสองวงจรตัด ซึ่งไม่เพียงแค่ลดแรงดันไฟฟ้าบนวงจรตัดแต่ละตัวเท่านั้น แต่ยังลดเวลาที่ต้องการในการฟื้นฟูฉนวน ทำให้ประสิทธิภาพในการดับอาร์คขั้วไฟฟ้าดีขึ้น และลดความเสี่ยงของการเกิดอาร์คขั้วไฟฟ้าใหม่หลังจากดับลงอย่างมาก

เพื่อให้แน่ใจว่าระบบอาร์คขั้วไฟฟ้าแบบสองชุดอนุกรมทำงานอย่างเสถียร ABB ได้พัฒนาเทคโนโลยีควบคุมการแบ่งแรงดันที่แม่นยำ ติดตั้งคอนเดนเซอร์ขนานพิเศษทั้งสองปลายของวงจรตัดแต่ละตัว คอนเดนเซอร์เหล่านี้ได้รับการปรับแต่งอย่างรอบคอบเพื่อให้การกระจายแรงดันระหว่างวงจรตัดทั้งสองตัวเป็นไปอย่างสมดุลที่สุด แม้ภายใต้เงื่อนไขข้อผิดพลาดทางวงจรที่ซับซ้อน กลไกการแบ่งแรงดันนี้ยิ่งเสริมความเชื่อถือได้ของระบบห้องดับอาร์คขั้วไฟฟ้า

โครงสร้างกระบอกสูบแบบ T - ทรงกระบอก

กระบอกสูบในระบบห้องดับอาร์คขั้วไฟฟ้าถูกออกแบบด้วยโครงสร้างลูกสูบแบบ T ซึ่งเป็นส่วนประกอบสำคัญในการสร้างการไหลของแก๊ส SF6 ความเร็วสูง เมื่อเบรกเกอร์ได้รับคำสั่งให้ตัดวงจร ลูกสูบแบบ T จะเริ่มเคลื่อนที่ ระหว่างการเปิด ลูกสูบจะอัดแก๊ส SF6 ในกระบอกสูบให้มีแรงดัน 1.2MPa

กระบวนการอัดนี้ถูกควบคุมอย่างแม่นยำเพื่อให้เกิดการไหลของแก๊สความเร็ว 600m/s การไหลของแก๊ส SF6 ความเร็วสูงมีบทบาทสำคัญในการดับอาร์คขั้วไฟฟ้า เมื่ออาร์คขั้วไฟฟ้าเกิดขึ้น การไหลของแก๊สความเร็วสูงสามารถทำความเย็นอาร์คพลาสมา ลดอุณหภูมิของอาร์ค และกำจัดอนุภาคที่ไอออนิซ์ในช่องอาร์ค ทำให้เร่งกระบวนการฟื้นฟูความแข็งแกร่งของฉนวนในช่องดับอาร์ค ทำให้เบรกเกอร์ตัดกระแสข้อผิดพลาดได้อย่างรวดเร็วและสำเร็จในการดับอาร์คขั้วไฟฟ้า

โครงสร้างลูกสูบแบบ T ยังมีข้อดีในด้านโครงสร้างที่เรียบง่าย ความแข็งแรงทางกลที่สูง และสมรรถนะการปิดผนึกที่ดี โครงสร้างที่เรียบง่ายทำให้การผลิตและการบำรุงรักษากระบอกสูบสะดวก ขณะที่ความแข็งแรงทางกลที่สูงทำให้ลูกสูบสามารถทนทานต่อแรงดันและความเร็วสูงในการทำงาน สมรรถนะการปิดผนึกที่ดีของกระบอกสูบทำให้แก๊ส SF6 ไม่รั่วไหล รักษาการทำงานปกติของเบรกเกอร์และรักษาความปลอดภัยของระบบสายส่งไฟฟ้า

หัวพ่นแบบคาร์บอนไฟเบอร์เสริม PTFE

หัวพ่นเป็นส่วนสำคัญของห้องดับอาร์คขั้วไฟฟ้า และสมรรถนะของวัสดุมีผลโดยตรงต่ออายุการใช้งานและการดับอาร์คขั้วไฟฟ้าของเบรกเกอร์ ABB ได้เลือกวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์เสริม PTFE เป็นวัสดุสำหรับหัวพ่นของห้องดับอาร์คขั้วไฟฟ้าในเบรกเกอร์ SF6 แบบถังตาย 252kV

คาร์บอนไฟเบอร์เสริม PTFE มีสมรรถนะที่ยอดเยี่ยม เช่น ทนความร้อนสูง ทนการสึกหรอ และทนการกัดกร่อนจากอาร์คขั้วไฟฟ้า ในระหว่างกระบวนการดับอาร์คขั้วไฟฟ้า อุณหภูมิในบริเวณอาร์คขั้วไฟฟ้าสามารถสูงถึง 10,000 °C สมรรถนะทนความร้อนของคาร์บอนไฟเบอร์เสริม PTFE ทำให้หัวพ่นสามารถรักษาโครงสร้างและความเสถียรของสมรรถนะภายใต้สภาพแวดล้อมที่ยากลำบาก

ในด้านการทนการกัดกร่อนจากอาร์คขั้วไฟฟ้า วัสดุนี้สามารถทนทานต่อการตัดวงจรเต็มกำลัง (50kA) ได้อย่างน้อย 2000 ครั้ง ซึ่งยืดอายุการบำรุงรักษาของเบรกเกอร์ เมื่อเทียบกับวัสดุหัวพ่นแบบดั้งเดิม หัวพ่นคาร์บอนไฟเบอร์เสริม PTFE มีอายุการใช้งานยาวนาน ลดความถี่ในการบำรุงรักษาและเปลี่ยนแปลงอุปกรณ์ ทำให้ลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและบำรุงรักษาระบบสายส่งไฟฟ้า

การรับรอง SONCAP และการปฏิบัติตาม

เพื่อเข้าสู่ตลาดไนจีเรีย ระบบห้องดับอาร์คขั้วไฟฟ้าในเบรกเกอร์ SF6 แบบถังตาย 252kV ที่ ABB ได้พัฒนาขึ้นได้ผ่านกระบวนการรับรอง SONCAP อย่างสำเร็จ การรับรอง SONCAP เป็นโปรแกรมประเมินที่เข้มงวดที่สถาบันมาตรฐานไนจีเรียดำเนินการเพื่อรับรองว่าผลิตภัณฑ์ไฟฟ้าที่นำเข้าตรงตามมาตรฐานความปลอดภัย สุขภาพ และการคุ้มครองสิ่งแวดล้อมท้องถิ่น

ระหว่างกระบวนการรับรอง ผลิตภัณฑ์ของ ABB ได้ผ่านการทดสอบอย่างครอบคลุมในหลายด้าน รวมถึงสมรรถนะไฟฟ้า สมรรถนะกลไก สมรรถนะความปลอดภัย และความสามารถในการปรับตัวกับสภาพแวดล้อม การออกแบบอาร์คขั้วไฟฟ้าแบบสองชุดอนุกรม โครงสร้างกระบอกสูบแบบ T และหัวพ่นคาร์บอนไฟเบอร์เสริม PTFE ทั้งหมดได้ผ่านการตรวจสอบและยืนยันอย่างเข้มงวด

ตัวอย่างเช่น ในการทดสอบสมรรถนะไฟฟ้า สมรรถนะการแบ่งแรงดันของระบบสองชุด ความสามารถในการดับอาร์คขั้วไฟฟ้าของเบรกเกอร์ภายใต้กระแสข้อผิดพลาดที่แตกต่างกัน และสมรรถนะการฟื้นฟูฉนวน ได้ตรงหรือเกินมาตรฐานของไนจีเรีย ในการทดสอบสมรรถนะกลไก ความแข็งแกร่งและความทนทานของโครงสร้างกระบอกสูบแบบ T ตลอดจนความเชื่อถือได้ของการทำงานกลไกของเบรกเกอร์ ได้รับการยอมรับอย่างเต็มที่

การได้รับการรับรอง SONCAP ไม่เพียงแต่พิสูจน์คุณภาพและความเชื่อถือได้สูงของระบบห้องดับอาร์คขั้วไฟฟ้าในเบรกเกอร์ SF6 แบบถังตาย 252kV ของ ABB แต่ยังเป็นการรับประกันที่แข็งแกร่งสำหรับการใช้งานอย่างกว้างขวางในระบบสายส่งไฟฟ้าของไนจีเรีย

การใช้งานในระบบสายส่งไฟฟ้าของไนจีเรีย

เบรกเกอร์ SF6 แบบถังตาย 252kV ที่มีระบบห้องดับอาร์คขั้วไฟฟ้าที่ทันสมัยนี้ ได้ถูกนำไปใช้ในโครงการส่งไฟฟ้าสำคัญหลายแห่งในไนจีเรีย ในโครงการเหล่านี้ เบรกเกอร์แสดงประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม

ระหว่างการดำเนินงาน การออกแบบอาร์คขั้วไฟฟ้าแบบสองชุดอนุกรมได้รับมือกับข้อผิดพลาดทางวงจรสั้นได้อย่างมีประสิทธิภาพ ทำให้สามารถแยกข้อผิดพลาดอย่างรวดเร็วและลดผลกระทบต่อระบบสายส่งไฟฟ้า โครงสร้างกระบอกสูบแบบ T ได้สร้างการไหลของแก๊ส SF6 ความเร็วสูงอย่างเสถียร ทำให้เบรกเกอร์สามารถสำเร็จในการดับอาร์คขั้วไฟฟ้าภายในระยะเวลาสั้น หัวพ่นคาร์บอนไฟเบอร์เสริม PTFE ยังคงสมรรถนะที่ดี ไม่มีการกัดกร่อนหรือความเสียหายอย่างเห็นได้ชัดแม้หลังจากการทำงานหลายครั้ง

ขอบคุณการทำงานที่เชื่อถือได้ของเบรกเกอร์เหล่านี้ ความเชื่อถือได้และความเสถียรของระบบสายส่งไฟฟ้าของไนจีเรียได้เพิ่มขึ้นอย่างมาก การขาดแคลนไฟฟ้าเนื่องจากข้อผิดพลาดของเบรกเกอร์ได้ลดลงอย่างมาก ทำให้มีการจ่ายไฟฟ้าที่เสถียรมากขึ้นสำหรับการผลิตอุตสาหกรรมและชีวิตประจำวันของประชาชนในไนจีเรีย นอกจากนี้ ชีวิตการใช้งานที่ยาวนานและการบำรุงรักษาที่ต่ำของเบรกเกอร์ยังลดค่าใช้จ่ายในการดำเนินงานและบำรุงรักษาของหน่วยงานไฟฟ้าท้องถิ่น ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาอย่างยั่งยืนของอุตสาหกรรมไฟฟ้าของไนจีเรีย

สรุป

การออกแบบระบบห้องดับอาร์คขั้วไฟฟ้าในเบรกเกอร์ SF6 แบบถังตาย 252kV โดย ABB ด้วยการออกแบบอาร์คขั้วไฟฟ้าแบบสองชุดอนุกรม โครงสร้างกระบอกสูบแบบ T และหัวพ่นคาร์บอนไฟเบอร์เสริม PTFE มอบโซลูชันที่ยอดเยี่ยมสำหรับระบบสายส่งไฟฟ้าแรงสูงของไนจีเรีย การได้รับการรับรอง SONCAP รับประกันว่าเป็นไปตามมาตรฐานท้องถิ่น และการใช้งานอย่างสำเร็จในระบบสายส่งไฟฟ้าของไนจีเรียได้ยืนยันความเชื่อถือได้และสมรรถนะที่ยอดเยี่ยม กรณีศึกษานี้ไม่เพียงแต่ตอบสนองความต้องการในการพัฒนาระบบสายส่งไฟฟ้าปัจจุบันของไนจีเรีย แต่ยังให้ประสบการณ์และแนวทางที่มีค่าสำหรับการออกแบบและการใช้งานเบรกเกอร์แรงสูงที่คล้ายคลึงกันในภูมิภาคอื่นๆ ในอนาคต ABB จะยังคงปรับปรุงและพัฒนาเทคโนโลยีนี้เพื่อมอบประโยชน์มากขึ้นในการพัฒนาอุตสาหกรรมไฟฟ้าทั่วโลก