Μείωση των Ρισκών Απορροής σε 12 kV Αερομεσαίες RMU Με τη Χρήση Σχεδίου Προστατευτικού Φράγματος

Αυτό το έγγραφο λαμβάνει ως αντικείμενο μελέτης την πρωτογενή διασπαστική σύνδεση ενός συγκεκριμένου τύπου 12kV αεροεμποτισμένου κυκλικού κεντρικού (RMU), αναλύοντας την κατανομή και ομοιογένεια του ηλεκτρικού πεδίου γύρω από αυτή, αξιολογώντας την επίδοση του επιστροφής σε αυτή τη θέση, και μειώνοντας τον κίνδυνο εκπέμψεων ενώ βελτιώνει την επίδοση της επίστροφης μέσω δομικής βελτιστοποίησης, παρέχοντας έτσι μια αναφορά για την σχεδίαση της επίστροφης σε παρόμοια προϊόντα.

1 Δομή του Αεροεμποτισμένου Κυκλικού Κεντρικού

Το τρισδιάστατο δομικό μοντέλο του αεροεμποτισμένου RMU που μελετάται σε αυτό το έγγραφο είναι δεικτικό στο Σχήμα 1. Η κύρια διατροπή χρησιμοποιεί μια διάταξη που συνδυάζει ένα βακουομετρικό στροφής με ένα τριθέσιο στροφή, με το τριθέσιο στροφή να είναι στο πλευρό της σύνδεσης—δηλαδή, το τριθέσιο στροφή βρίσκεται στο πάνω μέρος του RMU, ενώ το βακουομετρικό στροφή είναι εγκατεστημένο στο κάτω μέρος σε μια στερεά σφραγίστρα. Επειδή το βακουομετρικό στροφή είναι εγκατεστημένο μέσα στη σφραγίστρα, το εξωτερικό του είναι επιστρεφτικό με εποξυδιανύδριο, το οποίο έχει σημαντικά καλύτερες επιστρεφτικές ιδιότητες από τον αέρα, ικανοποιώντας έτσι τις απαιτήσεις επιστροφής.

Επιπλέον, η σύνδεση σύνδεσης στη σημείο σφραγίστριας της στερεάς σφραγίστρας χρησιμοποιεί εξαγωγικές άκρες και σχεδιασμό σε σχήμα τόξου, σε συνδυασμό με σφραγίστρια σιλικόνης, μετριάζοντας αποτελεσματικά τα προβλήματα των τοπικών εκπέμψεων σε αυτή την περιοχή. Οι επιστρεφτικές αποστάσεις μεταξύ των συνδέσεων και με το έδαφος είναι σχεδιασμένες σύμφωνα με τα σχετικά επιστρεφτικά πρότυπα και ικανοποιούν τις κανονικές απαιτήσεις.

Η διασπαστική σημαία του τριθέσιου στροφή βασίζεται στον αέρα ως επιστρεφτικό μέσο. Ως κινητό σύνδεση στοιχείο, η δομή της περιλαμβάνει μεταλλικά μέρη όπως κανονικά, ελατήρια, δίσκα-ελατήρια και κλειδία για να αυξήσει την πίεση επαφής μεταξύ των διασπαστικών επαφών. Ωστόσο, λόγω των περίπλοκων σχημάτων αυτών των μεταλλικών μερών, η κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου μπορεί να γίνει εξαιρετικά μη ομοιόμορφη, οδηγώντας σε τοπικές εκπέμψεις και πιθανούς κινδύνους σπασίματος, οι οποίοι επηρεάζουν αρνητικά την επιστρεφτική επίδοση σε αυτή τη θέση.

Ως εκ τούτου, ο ηλεκτρικός σχεδιασμός αυτής της δομής είναι ειδικά κρίσιμος. Σύμφωνα με τις απαιτήσεις σχεδιασμού του προϊόντος, η διασπαστική σύνδεση πρέπει να αντέχει μια εγκατεστημένη σύντομη ροπή επιστροφής 50kV, με ελάχιστη σχεδιασμένη ηλεκτρική απόσταση 100mm. Λόγω της περιπλοκότητας της δομής της διασπαστικής σημαίας, προστέθηκαν κατατάξεις στα δύο πλευρά της σημαίας για να βελτιώσουν την ομοιομορφία του ηλεκτρικού πεδίου και να μειώσουν τις τοπικές εκπέμψεις. Το τρισδιάστατο μοντέλο του τριθέσιου στροφή είναι δεικτικό στο Σχήμα 2. Αυτό το έγγραφο διεξάγει ανάλυση προσομοίωσης του ηλεκτρικού πεδίου σε αυτή τη διασπαστική σύνδεση.

2 Προσομοίωση και Ανάλυση

Χρησιμοποιήθηκε λογισμικό στοιχειακής ανάλυσης για να διεξαχθεί προσομοίωση του ηλεκτρικού πεδίου στο κυκλικό κεντρικό, αναλύοντας την κατανομή της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου στη διασπαστική σύνδεση υπό την καθορισμένη 50 kV εγκατεστημένη σύντομη ροπή επιστροφής. Υποψίαστηκαν δύο περιπτώσεις προσομοίωσης ελεκτροστατικού πεδίου:

• Περίπτωση 1: Το πλευρό της σύνδεσης (πλευρό της διασπαστικής σταθερής επαφής) είναι σε χαμηλή δυναμική (0 V), και το πλευρό της γραμμής (πλευρό της ακρωτηρίας της διασπαστικής σημαίας) είναι σε υψηλή δυναμική (50 kV).

• Περίπτωση 2: Το πλευρό της σύνδεσης (πλευρό της διασπαστικής σταθερής επαφής) είναι σε υψηλή δυναμική (50 kV), και το πλευρό της γραμμής (πλευρό της ακρωτηρίας της διασπαστικής σημαίας) είναι σε χαμηλή δυναμική (0 V).

Η κατανομή της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου στη θέση της μέγιστης ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου για και τις δύο περιπτώσεις προκύπτει μέσω προσομοίωσης. Η κατανομή της ισχύος του ηλεκτρικού πεδίου στην ακρωτηρία της διασπαστικής σημαίας υπό την Περίπτωση 1 είναι δεικτική στο Σχήμα 3, και η κατανομή στη διασπαστική σταθερή επαφή υπό την Περίπτωση 2 είναι δεικτική στο Σχήμα 4. Στην Περίπτωση 1, η μέγιστη ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου εμφανίζεται στο άκρο της κατάταξης, φθάνοντας στο 7.07 kV/mm; στην Περίπτωση 2, η μέγιστη εμφανίζεται στην εξαγωγική άκρη της διασπαστικής σταθερής επαφής, με τιμή 4.90 kV/mm.

Η τυπική κρίσιμη ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου για τον αέρα είναι 3 kV/mm. Όπως φαίνεται στα Σχήματα 3 και 4, ενώ η ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου στις περισσότερες περιοχές της διασπαστικής σύνδεσης είναι κάτω από 3 kV/mm—ανεπαρκής για να προκαλέσει σπάσιμο—τοπικές περιοχές υπερβαίνουν αυτό το όριο, οδηγώντας σε τοπικές εκπέμψεις. Όταν ο αέρας αλλάζει από ξηρό σε υγρό, η επιστρεφτική ικανότητά του μειώνεται [10], μειώνοντας την κρίσιμη ομοιόμορφη ισχύ σπάσιμου κάτω από 3 kV/mm. Επιπλέον, η εξαιρετικά μη ομοιόμορφη κατανομή του ηλεκτρικού πεδίου περαιτέρω μειώνει την κρίσιμη ισχύ σπάσιμου του αέρα, αυξάνοντας την πιθανότητα και τον κίνδυνο σπάσιμου. Για να μειωθεί η επίδραση εξωτερικών περιβαλλοντικών παραγόντων στο επιστρεφτικό μέσο αέρα και να βελτιωθεί η ομοιομορφία του πεδίου, αυτή η μελέτη αξιολογεί το βαθμό ομοιομορφίας του ηλεκτρικού πεδίου και το επίπεδο αντοχής σε ροπή, ως βάση για την ενίσχυση της επιστρεφτικής ικανότητας της σύνδεσης.

3 Χαρακτηριστικά Επιστροφής του Αέρα

3.1 Καθορισμός του Συντελεστή Μη Ομοιομορφίας του Ηλεκτρικού Πεδίου

Στην πράξη, ένα τέλεια ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο δεν υπάρχει; όλα τα ηλεκτρικά πεδία είναι φυσικά μη ομοιόμορφα. Βάσει του συντελεστή μη ομοιομορφίας του ηλεκτρικού πεδίου f, τα ηλεκτρικά πεδία κατατάσσονται σε δύο τύπους: όταν f ≤ 4, το πεδίο θεωρείται ελαφρώς μη ομοιόμορφο; όταν f > 4, θεωρείται εξαιρετικά μη ομοιόμορφο. Ο συντελεστής μη ομοιομορφίας f ορίζεται ως f = Eₘₐₓ/Eₐᵥ, όπου Eₘₐₓ είναι η μέγιστη τοπική ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου, που προκύπτει από την κορυφαία τιμή στα αποτελέσματα προσομοίωσης, και Eₐᵥ είναι η μέση ισχύς του ηλεκτρικού πεδίου, υπολογισμένη ως η εφαρμοσμένη τάση διαιρεμένη με την ελάχιστη ηλεκτρική απόσταση.

Από το Σχήμα 3, Eₘₐₓ = 7.07 kV/mm και Eₐᵥ = 0.5 kV/mm. Επομένως, ο συντελεστής μη ομοιομορφίας του ηλεκτρικού πεδίου στη διασπαστική σύνδεση είναι f = 14.14 > 4, δείχνοντας ένα εξαιρετικά μη ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο. Σε περιοχές με εξαιρετικά μη ομοιόμορφα πεδία, μπορεί να προκύψει σταθερή τοπική εκπέμψη, και όσο μεγαλύτερη είναι η βαθμίδα μη ομοιομορφίας, τόσο πιο έντονη είναι η τοπική εκπέμψη και τόσο μεγαλύτερη η έκταση της εκπέμψης. Για ένα 12 kV κυκλικό κεντρικό, η συνολική τοπική εκπέμψη του ολόκληρου του κιβωτίου πρέπει να είναι λιγότερη από 20 pC [5,11]. Επομένως, η μείωση του συντελεστή μη ομοιομορφίας του ηλεκτρικού πεδίου βοηθά στη μείωση του επιπέδου της τοπικής εκπέμψης.

3.2 Καθορισμός της Αντοχής σε Ροπή του Αέρα

Ο συντελεστής μη ομοιομορφίας του ηλεκτρικού πεδίου επηρεάζει την αντοχή σε ροπή του ξηρού αέρα. Όταν το πεδίο είναι ελαφρώς μη ομοιόμορφο, η αντοχή σε ροπή είναι:

όπου U δηλώνει την αντοχή σε ροπή; d αντιπροσωπεύει την ελάχιστη ηλεκτρική απόσταση μεταξύ των ηλεκτρόδων; k είναι ένας συντελεστής αξιοπιστίας, συνήθως μεταξύ 1.2 και 1.5 βάσει εμπειρίας; και E₀ αναφέρεται στην τάση σπάσιμου του αερίου. Στην πράξη, αυτή η τάση σπάσιμου εξαρτάται από τη συγκεκριμένη διάταξη των δύο ηλεκτρόδων, και η τάση σπάσιμου του αέρα μεταβάλλεται με διαφορετικές δομές ηλεκτρόδων και αποστάσεις. Στο πλαίσιο της συγκριτικής ανάλυσης, αυτό το έγγραφο υποθέτει E₀ = 3 kV/mm. Όπως δείχνει η Εξίσωση (1), η αύξηση της ελάχιστης ηλεκτρικής απόστασης d και η μείωση του συντελεστή μη ομοιομορφίας του ηλεκτρικού πεδίου f μπορούν να ενισχύσουν την αντοχή σε ροπή του επιστρεφτικού μέσου αέρα.

Όταν αντιμετωπίζεται ένα εξαιρετικά μη ομοιόμορφο ηλεκτρικό πεδίο, για ηλεκτρόδους με ελάχιστη ηλεκτρική απόσταση μέσα στην περιοχή 100 mm, η αντοχή σε ροπή υπολογίζεται ως εξής:

<