Með áherslu á að minnka risik við útflutning í 12 kV loftgertu RMU með notkun stigaðs skjaldar hönnunar

Þessi ritgerð fjallar um aðalauðskilinn í ákveðnu gerð 12 kV loftinsúlkaðs hringnetstól (RMU), með greiningu á rafstraumsvæðis dreifingu og jöfnu um hann, vörðun á insúlanlegri afköstum á þessari staðbundi, og minnka á skilavirkni með struktúrumbættingu, sem veitir tilvísun fyrir insúlanlega hönnun á svipuðum vöru.

1 Struktur Loftinsúldaðs Hringnetstóls

Þrívíddarmyndin af loftinsúldaða RMU sem rannsakað er í þessu rit eru sýndar í Mynd 1. Aðalhringurinn notast við skipulag sem sameinar vakuumtennur við þriggja-stöðvar tenngjöf, settar upp með þriggja-stöðvar tenngjöfunni á busahornasíðu – þ.e. þriggja-stöðvar tenngjöfunni er staðsett efst í RMU, en vakuumtennurnar eru settar niðri í fast-sealaðri stömbastöðu. Þar sem vakuumtennurnar eru innloktar innan stömbanna, er ytri hlutur þeirra insúlaður með epóxiharðefni, sem hefur mun betri insúlanlegu eiginleika en loft, sem uppfyllir insúlanlega kröfur.

Auk þess er tengingarbusahornið við sealaðri punkti fast-sealaðrar stömbastöðu notar sniðið horn og bogmeðferð, samanbundið með silikónrubber seala, sem efstuðlar að lágmarka aðskilnaðarafla í þessu svæði. Insúlanlegir bil milli busahorna og til jarðar eru hönnuð eftir viðeigandi insúlanlegum staðbundnum og uppfylla reglugerðar kröfur.

Aðskilnaðarbláðið á þriggja-stöðvar tenngjöfunni byggir á lofti sem insúlanlegt miðil. Sem færileg tengingarhlutur inniheldur straum hans metalleik eins og dóm, fjötrar, skiptarfjötrar og klippu til að auka tengingarsprettu á aðskilnaðartengingum. En vegna flóknar form við þessa metallhluti, getur rafstraumsdreifing verið mjög ójöfn, sem leiðir til aðskilnaðarafla og mögulegra brottningsrisa, sem hafa neikvæð áhrif á insúlanlegu afköstum á þessari staðbundi.

Því er rafstraumsleg hönnun þessa struktúr sérstaklega mikilvæg. Eftir vörunarhönnunarkröfur, verður aðskilnaðarbroddurinn að standa við stöðluðan stutt-tímabrottfesta spennu af 50 kV, með lágmarks búnaðarlegu rafstraumsbilinu af 100 mm. Við flóknar form aðskilnaðarbláðs, bætist gráðublöð við báðar hliðar bláðsins til að bæta rafstraumsdreifingu og lágmarka aðskilnaðarafl. Þrívíddarmyndin af þriggja-stöðvar tenngjöfunni er sýnd í Mynd 2. Í þessu rit er framkvæmd rafstraumsmyndunargreining á þessu aðskilnaðarbroddi.

2 Myndunargreining

Notuð var endalegar myndunarforrit til að framkvæma rafstraumsmyndun á hringnetstólinum, með greiningu á rafstraumsþrýstingadreifingu við aðskilnaðarbroddinn undir stöðluðu 50 kV stutt-tímabrottfesta spennu. Tvo myndunargreiningarriti voru athugaðir:

• Rit 1: Busahornasíðan (fast tenging) er á lægri spennu (0 V), en línuhornsíðan (endabröður aðskilnaðarbláðs) er á hári spennu (50 kV).

• Rit 2: Busahornasíðan (fast tenging) er á hári spennu (50 kV), en línuhornsíðan (endabröður aðskilnaðarbláðs) er á lægri spennu (0 V).

Rafstraumsþrýstingadreifing á staðnum með hámarksrifstraumsþrýstingu fyrir báða riti fengu með myndun. Rafstraumsþrýstingadreifing við endabröður aðskilnaðarbláðsins undir Rit 1 er sýnd í Mynd 3, og dreifing við fast tenging undir Rit 2 er sýnd í Mynd 4. Undir Rit 1, er hámarksrifstraumsþrýstingurinn á endanum gráðublöðsins, sem nálgast 7,07 kV/mm; undir Rit 2, er hámarkurinn á sniðið horn fastar tengingar, með gildi 4,90 kV/mm.

Typisk hámarksrifstraumsþrýstingur fyrir loft er 3 kV/mm. Sýnt er í Mynd 3 og 4, að meðal rafstraumsþrýstingurinn á mesti hluta aðskilnaðarbroddsins er undir 3 kV/mm – ekki nógu til að valda brottningu – en einstök svæði fara yfir þetta mark, sem valdar aðskilnaðarafl. Þegar loftið breytist frá torrt í rakkt, lækkar insúlanlega afköst [10], sem lækkar hámarksrifstraumsþrýstinginn fyrir jafn brottningu undir 3 kV/mm. Auk þess, mjög ójafn rafstraumsdreifing lækkar hámarksrifstraumsþrýstinginn fyrir brottningu, sem hefur áhrif á aukna brottningsrisa. Til að minnka áhrif ytri umhverfis á loftinsúlkanlega miðil og auka jafn dreifingu, er greindur rafstraumsjafnleiki og brottningsmætti á aðskilnaðarbroddi, sem veitir grundvelli fyrir aukna insúlanlega afköst broddsins.

3 Loftinsúlkareinken

3.1 Ákvarðun ójafnleiksstuðuls rafstraumsdreifingar

Í raun finnst engin fullkomlega jafn rafstraumsdreifing; allar rafstraumsdreifingar eru í raun ójafnar. Samkvæmt ójafnleiksstuðli rafstraumsdreifingar, f, eru rafstraumsdreifingar flokkuð í tvær tegundir: þegar f ≤ 4, er dreifingin talin vera lítill ójafn; þegar f > 4, er hún talin vera mjög ójafn. Ójafnleiksstuðullinn f er skilgreindur sem f = Eₘₐₓ/Eₐᵥ, þar sem Eₘₐₓ er hámarksstaðbundi rafstraumsþrýstingur, fenginn úr toppgildi myndunar, og Eₐᵥ er meðal rafstraumsþrýstingur, reiknaður sem spenna deilt með lágmarks rafstraumsbilinu.

Úr Mynd 3, Eₘₐₓ = 7,07 kV/mm og Eₐᵥ = 0,5 kV/mm. Því er ójafnleiksstuðull rafstraumsdreifingar við aðskilnaðarbroddinn f = 14,14 > 4, sem bendir á mjög ójafna rafstraumsdreifingu. Í svæðum með mjög ójafna rafstraumsdreifingu getur orðið stöðugt aðskilnaðarafl, og ju stærri ójafnleikur, þeim stærri aðskilnaðarafl og stærri aflamagn. Fyrir 12 kV hringnetstól, er heildarafl aðskilnaðarafls fyrir allan kassann krafist vera lægra en 20 pC [5,11]. Því minnkar ójafnleiksstuðull rafstraumsdreifingar hjálpar að minnka aðskilnaðarafl.

3.2 Ákvarðun brottningsspennu lofts

Ójafnleiksstuðull rafstraumsdreifingar hefur áhrif á brottningsspennu torrs lofts. Þegar dreifingin er litill ójafn, er brottningsspennan:

þar sem U táknar brottningsspennu; d táknar lágmarks rafstraumsbil milli elektrodda; k er öruggleikarstuðull, venjulega á milli 1,2 og 1,5 eftir reynslu; og E₀ merkir brottningsspennu gassins. Í raun fer þessi brottningsspenna eftir sérstakri skipulagi tveggja elektrodda, og brottningsspenna lofts breytist eftir mismunandi structúr og bil. Til samanburðar, er sett E₀ = 3 kV/mm. Sjá samkvæmt Jöfnu (1), aukning lágmarks rafstraumsbils d og minnking ójafnleiksstuðuls f geta bæði aukna brottningsspennu loftinsúlkanlega miðils.

Við að meða mjög ójafna rafstraumsdreifingu, fyrir elektrodd með lágmarks rafstraumsbil á bilinu 100 mm, er brottningsspennan reiknuð svona:

Í jöfnunni, U50%(d) táknar 50% brottningsspennu elektrodds undir ákveðnu rafstraumsbili d við ljóslykt próf. Í mjög ójafnum rafstraumsdreifingum, er stór dreifing brottningsspennu og lengri brottningsfjarlægð, sem gerir brottningsspennu mjög óörugg. Í verklegri verkfræði, er U50%(d) ákveðið með að gera mörg ljóslykt próf og finna spennu sem er með 50% líkur á brottningu. Þetta gildi er nauðsynlega tengt vörustructúr og jafnleika rafstraumsdreifingar. Þegar ójafnleiksstuðull rafstraumsdreifingar er lægri, er dreifing brottningsspennu lægri, brottningsspennan hærri, og brottningsspennan hærri. Því minnkar ójafnleiksstuðull rafstraumsdreifingar er gagnlegt fyrir aukna brottningsspennu aðskilnaðarbroddsins.

4 Structúrumbætting

Til að bæta jafnleika rafstraumsdreifingar við endabröður aðskilnaðarbláðsins og minnka ójafnleiksstuðul rafstraumsdreifingar, var umbætt gráðublöðsstruktúran. Myndir af gráðublöðs fyrir og eftir umbætur eru sýndar í Mynd 5, en sveigjanir eru gefnar í Mynd 6. Sjá Mynd 6, samað við fyrirumbætur, hefur umbætt gráðublöðs þykktari enda með runda horn, sem aukar hornaradius frá 0,75 mm til 4 mm. Þessi aukning radiusar aukar bogmeðferð, sem bætir jafnleika rafstraumsdreifingar. Rafstraumsþrýstingadreifing við umbætt endabröður aðskilnaðarbláðsins er sýnd í Mynd 7. Úr þessari mynd er augljóst að hámarks rafstraumsþrýstingurinn hefur minnkað í 3,66 kV/mm, um hálft gildi, sem bendir á mikil umbætur.

Samkvæmt ákveðnu jöfnunni f=Emax/Eavf=Emax/Eav, er ójafnleiksstuðull rafstraumsdreifingar eftir umbætur 7,32, sem er um hálft gildi lægri en áður umbætur.

Þetta bendir á mikil umbætur í jafnleika rafstraumsdreifingar við endabröður aðskilnaðarbláðsins, sem sýnir að structúrumbættingarnar voru gagnlegar. Samanburður gagna fyrir og eftir umbætur gráðublöðs er sýndur í Tafla 1. Sjá Tafla 1, umbætt gráðublöðs struktúra lækkar virkilega risa brottningsafla á milli aðskilnaðarbrodda. En rafstraumsdreifing á milli aðskilnaðarbrodda er enn mjög ójöfn, sem gerir að brottningsspennan er enn ákveðin af U50%(d)U50%(d). Umbætur brottningsspennu geta verið beðin með ástæðulegum prófum á staðnum.

Þessi öfug greining halda teknilegum upplýsingum og samhengi sem gefin eru í upprunalegu textanum, sem tryggir klarskyld og nákvæmni fyrir ensktalenda.

5 Prófanleg staðfesting

Til að staðfesta gagnlegleika myndunargreiningar, voru framkvæmd aðskilnaðarafl próf á 12 kV loftinsúldaðri hringnetstól. Þrjár prófversjur (Númer 1 til Númer 3) voru undirbúðar. Aðskilnaðarafl próf voru fyrst framkvæmd með upprunalegum (áður en umbætur) gráðublöðs settum á aðskilnaðarbláðs alla þrjá versjurnar. Síðan voru umbætt gráðublöðs sett, og prófin endurtaktu. Niðurstöður aðskilnaðarafls eru sýndar í Tafla 2.

Sjá í taflunni, aðskilnaðarafl áður en umbætur voru allir yfir 20 pC, en eftir umbætur voru þeir lægd til undir 4,5 pC. Þetta bendir á að umbætt gráðublöðs struktúra aukar virkilega insúlanlega afköst hringnetstólsins og staðfestir gildi fyrirofarins myndunargreiningar.

6 Ályktun

Byggt á rafstraumslegu greiningu á aðskilnaðarbroddi í 12 kV loftinsúldaðri hringnetstól, eru farna ályktunir:

• Þar sem insúlanlegu afköst lofts eru lægri en SF₆, er mikilvægt að bæta rafstraumsdreifingu til að auka insúlanlega afköst þegar loft er notað sem insúlanlega miðil í þriggja-stöðvar tenngjöfunni hringnetstóls.

• Vegna flóknar form við færilega hluti (aðskilnaðarbláðs) í þriggja-stöðvar tenngjöfunni hringnetstóls, getur rafstraumsþrýstingur dreifing á ákveðnum staðum verið mjög ójöfn. Til að minnka þessa ójafnleika, geta gráðublöðs verið bætt við báðar hliðar aðskilnaðarbláðsins til að skyla hárfelda svæði nálægt tengingarhlutum bláðsins, sem flytur stað hæsta rafstraumsþrýstingar til endana gráðublöðs. Í þessu rannsókn, aukun radiusar á endanum gráðublöðsins frá 0,75 mm til 4 mm læddi bæði hámarksstaðbundi rafstraumsþrýsting og ójafnleiksstuðul rafstraumsdreifingar til um hálft gildi, sem náði önsku umbætur.

• Jafnleika rafstraumsdreifingar, eða ójafnleiksstuðull rafstraumsdreifingar, hefur stór áhrif á aðskilnaðarafl og brottningsafl. Mjög ójafn dreifingar tenda að framleiða stöðugt aðskilnaðarafl (koronafl). Bæði í smá og mjög ójafnum dreifingum, leiðir stærri ójafnleiksstuðull til lágrar brottningsspennu á milli elektrodda.