Malhelpa Disŝarĝaj Riskoj en 12 kV Aera-Isolitaj RMU-j Per Uzado de Grada Ŝildilo-Dizajno
Ĉi tiu artikolo prezentas la primaran izoladon de certa tipo de 12kV aer-insulita ringa ĉefŝanĝilo (RMU) kiel objekton de studo, analizante la elektrajn kampon distribuon kaj uniformecon ĉirkaŭ ĝi, evaluanĉante la izoladan efikecon en tiu loko, kaj per struktura optimigo reduktante la riskon de elŝuto kaj plibonorigante la izoladan efikecon, do donante referencon por la izolada dizajno de similaj produktoj.
1 Strukturo de la Aer-Insulita Ringa Ĉefŝanĝilo
La tridimensia struktura modelo de la aer-insulita RMU esplorata en ĉi tiu artikolo estas montrata en Figuro 1. La ĉefa cirkvito adoptas konfiguron kun vakuo-svitch kombinita kun tri-pozicia svitch, aranĝita kun la tri-pozicia svitch sur la busbar-flanko — t.e., la tri-pozicia svitch situas supre en la RMU, dum la vakuo-svitch estas montita sube en solida pola strukturo. Ĉar la vakuo-svitch estas enkapulsita en la polo, ĝia ekstero estas izolita per epoksidrezino, kiu havas signife pli bonajn izolajn ecojn ol aero, do kontentigante la izolajn postulojn.
Plie, la konektado busbaro je la sigelopunkto de la solida pola strukturo uzas ŝvel-formitan randojn kaj arkformitan dizajnon, kombinitan kun silikon-rubbera sigelo, efektive malkreskigante partajn elŝut-problemojn en tiu areo. La izolaj spacoj inter busbars kaj al tero estas disignitaj laŭ rilataj izolaj normoj kaj kontentigas regulajn postulojn.
La izol-bladeo de la tri-pozicia svitch dependas de aero kiel izolanta medio. Kiel movila konektkomponanto, ĝia strukturo inkluzivas metalajn partojn kiel pintoj, spiraloj, disko-spiraloj, kaj cirklips por pliigi la kontaktan presecon inter la izol-kontaktoj. Tamen, pro la kompleksaj formoj de ĉi tiuj metalaj partoj, la elektra kampon distribuo povas fariĝi tre neuniforma, kondukante al partaj elŝutoj kaj potencialaj rompiĝ-riskoj, kiuj malbonigas la izoladan efikecon en tiu loko.
Do, la elektra disigno de ĉi tiu strukturo estas aparte grava. Laŭ produkt-dizajna postuloj, la izol-breĉo devas resisti nombritan mallongan frekvenc-tempaan tenan voltagon de 50kV, kun minimuma disignita elektra spaco de 100mm. Koncerne la komplikan strukturon de la izol-bladeo, gradigaj šildoj estas aldonitaj de ambaŭ flankoj de la bladeo por plibonori la kampon uniformecon kaj redukti partajn elŝutojn. La tridimensia modelo de la tri-pozicia svitch estas montrata en Figuro 2. Ĉi tiu artikolo faras elektran kampon simul-adan analizon pri ĉi tiu izol-breĉo.
2 Simula Analizo
Finhav-elementa programaro estis uzata por faradi elektran kampon simul-adon de la ringa ĉefŝanĝilo, analizante la kampon fortan distribuon ĉe la izol-breĉo sub la specifita 50 kV nombrita mallonga frekvenco-tempa tena voltago. Du elektrostatikaj kampon simul-adaj kazoj estis konsideritaj:
Kazo 1: La busbar-flanko (izol-fiksita kontakta flanko) estas je malalta potencialo (0 V), kaj la linio-flanko (izol-bladea apuda flanko) estas je alta potencialo (50 kV).
Kazo 2: La busbar-flanko (izol-fiksita kontakta flanko) estas je alta potencialo (50 kV), kaj la linio-flanko (izol-bladea apuda flanko) estas je malalta potencialo (0 V).
La kampon distribuo ĉe la loko de maksimuma kampon forto por ambaŭ kazoj estis akiritaj per simul-ado. La kampon forto distribuo ĉe la izol-bladea apudo sub Kazo 1 estas montrata en Figuro 3, kaj la distribuo ĉe la izol-fiksita kontakto sub Kazo 2 estas montrata en Figuro 4. En Kazo 1, la maksimuma kampon forto okazas je la fino de la gradiga šildo, atingante 7.07 kV/mm; en Kazo 2, la maksimuma okazas je la ŝvel-formita rando de la izol-fiksita kontakto, kun valoro de 4.90 kV/mm.
La tipa kritika rompiĝa kampon forto por aero estas 3 kV/mm. Kiel montrite en Figuroj 3 kaj 4, dum la kampon forto en plejparto de la areoj de la izol-breĉo estas sub 3 kV/mm — ne sufiĉa por kaŭzi rompiĝon — lokaj regionoj superas ĉi tiun limon, kondukante al partaj elŝutoj. Kiam aero ŝanĝiĝas de seka al humida kondiĉo, ĝia izolada kapablo malpliiĝas [10], malaltigante la kritikan uniforman rompiĝan kampon forton sub 3 kV/mm. Plie, tre neuniforma kampon distribuo plu malaltigas la kritikan rompiĝan kampon forton de aero, pliigante la verŝajnecon kaj riskon de rompiĝo. Por malhelpi la efikon de eksteraj ambientaj faktoroj sur la aeran izoladan median kaj plibonori la kampon uniformecon, ĉi tiu studo evaluanĉas la gradon de kampon uniformeco kaj la tenan voltagon trans la izol-breĉo, servanta kiel bazo por plibonorigi la izoladan kapablon de la breĉo.
3 Aeraj Izolaj Ecoj
3.1 Determinado de la Neuniformeco-Koeficiento de la Kampon
En praktiko, perfekte uniforma elektra kampon ne ekzistas; ĉiuj elektraj kampon estas inherentaj neuniformaj. Bazante sur la neuniformeco-koeficiento f, elektraj kampon estas klasifikitaj en du tipoj: kiam f ≤ 4, la kampon estas konsiderata lege neuniforma; kiam f > 4, ĝi estas konsiderata tre neuniforma. La neuniformeco-koeficiento f estas difinita kiel f = Eₘₐₓ/Eₐᵥ, kie Eₘₐₓ estas la maksimuma lokala kampon forto, akirita el la pinta valoro en la simul-adaj rezultoj, kaj Eₐᵥ estas la meza kampon forto, kalkulita kiel la aplikata voltago dividita per la minimuma elektra spaco.
El Figuro 3, Eₘₐₓ = 7.07 kV/mm kaj Eₐᵥ = 0.5 kV/mm. Do, la neuniformeco-koeficiento de la kampon ĉe la izol-breĉo estas f = 14.14 > 4, indikante tre neuniforman kampon. En regionoj kun tre neuniformaj kampon, stabila parta elŝuto povas okazi, kaj la pli alta la grado de neuniformeco, la pli markita la parta elŝuto kaj la pli granda la elŝuta kvanto. Por 12 kV ringa ĉefŝanĝilo, la totala parta elŝuta kvanto de la tuta kuirejo estas postulata esti malpli ol 20 pC [5,11]. Tial, redukti la neuniformeco-koeficienton helpas malpliigi la partan elŝutan nivelon.
3.2 Determinado de la Ten-voltago de Aera Izolado
La neuniformeco-koeficiento de la kampon influas la ten-voltagon de seka aero. Kiam la kampon estas lege neuniforma, la ten-voltago estas:
kie U signifas la ten-voltagon; d reprezentas la minimuman elektran spacon inter elektrodoj; k estas fidindaj faktoro, kutime en la intervalo de 1.2 ĝis 1.5 bazante sur sperto; kaj E₀ rilatas al la dielektrika rompiĝa kampon forto de la gaso. En praktiko, ĉi tiu rompiĝa kampon forto dependas de la specifa konfiguro de la du elektrodoj, kaj la aeran rompiĝan kampon forton varias kun diversaj elektrod-strukturoj kaj spaco-distancoj. Por komparativa analizo, ĉi tiu artikolo asumas E₀ = 3 kV/mm. Kiel indikite per Ekvacio (1), pligrandigante la minimuman elektran spacon d kaj malpligrandigante la neuniformeco-koeficienton f ambaŭ povas plibonori la ten-voltagon de la aeran izoladan median.
Kiam traktante tre neuniforman kampon, por elektrodoj kun minimuma elektra spaco en la 100 mm intervalo, la ten-voltago estas kalkulata jene:
En la formulo, U50%(d) reprezentas la 50%-an rompiĝan voltagon de elektrodo sub specifa elektra spaco d dum fulmimpuls-testoj. En tre neuniformaj kampon, estas signifa disvastiĝo de rompiĝaj voltagoj kaj pli longa elŝuta tempo-lag, farante la rompiĝan voltagon tre malstabila. En praktikaj inĝenier-aplikoj, U50%(d) estas determinita per multaj fulmimpuls-testoj kaj identigante la aplikatan voltagon, ĉe kiu estas 50%-a probablo de rompiĝo. Ĉi tiu valoro estas streĉe rilatita al la produto-strukturo kaj la uniformeco de la kampon. Estas konstate ke pli malalta neuniformeco-koeficiento rezultas en malpli disvastigita rompiĝa voltago, pli alta rompiĝa voltago, kaj sekve, pli alta ten-voltago. Tial, malpligrandigante la neuniformeco-koeficienton estas utila por plibonorigi la ten-voltagon de la izol-breĉo.
4 Strukta Optimigo
Por plibonori la uniformecon de la kampon ĉirkaŭ la izol-bladea apudo kaj redukti la neuniformeco-koeficienton, optimigo de la gradiga šildo strukturo estis farita. Modeloj de la gradiga šildo antaŭ kaj post optimigo estas montritaj en Figuro 5, dum tranĉaj vidoj estas provizitaj en Figuro 6. Kiel videblas el Figuro 6, kompare al la antaŭ-optimiga disigno, la optimigita gradiga šildo havas pli dikan finon kun rondigitaj anguloj, pligrandigante la angulan radiuson de 0.75 mm al 4 mm. Ĉi tiu plibonoro pligrandigas la kurbecon de la radiuso, promovante pli uniforman distribuon de la kampon. La kampon forto distribuo ĉirkaŭ la optimigita izol-bladea apudo estas ilustrata en Figuro 7. El ĉi tiu figuro, estas klare ke la maksimuma kampon forto estas reduktita al 3.66 kV/mm, proksimume duono de ĝia originala valoro, indikante notan plibonoron.
Laŭ la supre menciita formulo f=Emax/Eav, la neuniformeco-koeficiento de la kampon post optimigo estas 7.32, kiu estas proksimume duono kompare al antaŭ optimigo.
Ĉi tio indikas signifan plibonoron de la uniformeco de la kampon ĉirkaŭ la izol-bladea apudo, demonstrante ke la strukta optimigo estis efika. Komparo de la datumoj antaŭ kaj post la gradiga šildo optimigo estas montrata en Tablo 1. Kiel videblas el Tablo 1, la optimigita gradiga šildo strukturo efektive reduktas la riskon de rompiĝa elŝuto inter la izol-breĉoj. Tamen, la kampon inter la izol-breĉoj restas tre neuniforma, do ĝia ten-voltago ankoraŭ estas determinita per U50%(d). La amplekso de la plibonoro de la ten-voltago povas esti plu konfirmita per lokaj testoj.
Ĉi tiu traduko konservas la teknikajn detalojn kaj kontekston provizitajn en la originala teksto, certigante klarecon kaj akuratecon por anglalingva publiko.
5 Eksperimenta Verigo
Por validigi la efikecon de la simul-ada analizo, partaj elŝuto-testoj estis faritaj sur 12 kV aer-insulita ringa ĉefŝanĝilo. Tri prototipo-unuoj (Nr. 1 ĝis Nr. 3) estis preparitaj. Partaj elŝuto-testoj unue estis faritaj kun la originalaj (antaŭ-optimigaj) gradigaj šildo instalitaj sur la izol-bladeoj de ĉiuj tri unuoj. Poste, la optimigaj gradigaj šildo estis instalitaj, kaj la testoj estis ripetitaj. La rezultantaj partaj elŝuto datumoj estas prezentitaj en Tablo 2.
Kiel montrite en la tablo, la partaj elŝuto-niveloj antaŭ optimigo ĉiuj superis 20 pC, dum tiuj post optimigo estis reduktitaj sub 4.5 pC. Ĉi tio indikas ke la optimigita gradiga šildo strukturo efektive plibonorigas la izoladan efikecon de la ringa ĉefŝanĝilo kaj konfirmas la validon de la antaŭaj simul-ado kaj analizo.
6 Konkludo
Bazante sur la elektra kampon analizo de la izol-breĉo en 12 kV aer-insulita ringa ĉefŝanĝilo, la sekvaj konkludoj estas tiritaj:
Ĉar la izolada kapablo de aero estas malpli bona ol tiu de SF₆, plibonorigi la kampon distribuon estas esenca por plibonori la izoladan efikecon kiam aero estas uzata kiel izolada medio en tri-poziciaj svitchoj de ringaj ĉefŝanĝiloj.
Pro la strukta komplekseco de movilaj komponantoj (izol-bladeoj) en tri-poziciaj svitchoj de aer-insulitaj ringaj ĉefŝanĝiloj, la kampon forto distribuo en certaj lokoj povas fariĝi tre neuniforma. Por redukti ĉi tiun neuniformecon, gradigaj šildo povas esti aldonitaj de ambaŭ flankoj de la izol-bladeo por ŝirmi la alt-kampon regionojn proksime de la bladea konekt-partoj, do ŝovante la lokon de la maksimuma kampon forto al la finoj de la gradigaj šildo. En ĉi tiu studo, pligrandigante la kurban radiuson je la fino de la šildo de 0.75 mm al 4 mm, la maksimuma lokala kampon forto kaj la neuniformeco-koeficiento estis reduktitaj proksimume al duono de iliaj originalaj valoroj, atingante la deziratan optimigon.
La uniformeco de la kampon distribuo, aŭ la neuniformeco-koeficiento, gravas partajn kaj rompiĝajn elŝutojn. Tre neuniformaj kampon tendencas produkti stabila parta elŝuto (korona elŝuto). En ambaŭ lege kaj tre neuniformaj kampon, pli alta neuniformeco-koeficiento rezultas en pli malalta ten-voltago inter la elektrodoj.
