Mitigatio periculorum deperditionis in RMU aer insulatis 12 kV usura designi scuti gradationis

Dyson

Campus: Standardae Electricae

China

Hoc opusculum primam disiunctionem certi generis unitatis 12kV aere insulatae (RMU) adhibet ut obiectum studii, analysans distributionem et uniformitatem electrici campi circa eam, evaluans insulantis qualitatem in hoc loco, et per optimisationem structurae reducens periculum emissoris dum simul insulantis qualitatem augit, ita ut referentiam pro designo insulantis similibus productis praebeat.

1 Structura Unitatis Aere Insulatae

Modello tridimensionale RMU aere insulatae, quod in hoc opusculo examinatur, monstratur in Figura 1. Circuitus principali configurationem combinat vacuum commutator cum commutatore tribus positionibus, dispositus cum commutatore tribus positionibus ad latera busbar—id est, commutator tribus positionibus situs est in parte superiori RMU, dum vacuum commutator in structura solid-sealed pole inferiori parti fixus est. Quia vacuum commutator intra pole inclusus est, exterior eius aere insulatus est, quod notabiliter meliores insulantis qualitates quam aer habet, sic insulantis requirimenta complentes.

Praeterea, connexio busbar in puncto solid-sealed pole adhibet angulos truncatos et arcuatum designum, coniunctum cum silicone rubber insulante, efficaciter mitigans partial discharge issues in hac regione. Spatia insulantia inter busbars et ad terram secundum relevantes insulantis normas designantur et regulamentis satisfaciunt.

Isolatio laminae commutatoris tribus positionibus aeri ut insulanti medio confidit. Ut movibilis connectivus component, structura eius includit metallica pars, sicut clavi, resiliens, disci resiliens, et circlips, ad contactum pressionem inter isolationes contactus augmentandam. Tamen, propter formas complexas horum metallicorum partium, distributio electrici campi valde non-uniformis fieri potest, ducens ad partial discharge et potentialia rumpendi pericula, quae insulantis qualitatem in hoc loco adversanter afficiunt.

Itaque, electrum designum huius structurae specialiter criticum est. Secundum producti designi requisita, disiunctio debet sustinere nominale brevis temporis frequentia potentiae 50kV, cum minimo designato electri spatio 100mm. Propter complexitatem structurae laminae isolationis, grading shields adduntur in utroque latere laminae ad electrici campi uniformitatem meliorandam et partial discharge reducendam. Modello tridimensionale commutatoris tribus positionibus monstratur in Figura 2. Hoc opusculo simulat analysis electrici campi super hanc disiunctionem facit.

2 Simulatio Analysis

Software elementorum finitum ad simulationem electrici campi super unitate main ring factam, analysans distributionem fortitudinis electrici campi ad disiunctionem sub specifico 50 kV nominale brevis temporis frequentia potentiae. Duos casus electrostatici simulati considerabantur:

Casus 1: Latus busbar (latus contactus fixi isolationis) est in potentiola (0 V), et latus lineae (extremitas laminae isolationis) est in potentiolo alto (50 kV).
Casus 2: Latus busbar (latus contactus fixi isolationis) est in potentiolo alto (50 kV), et latus lineae (extremitas laminae isolationis) est in potentiolo (0 V).

Distributio electrici campi in loco maxima fortitudinis electrici campi pro utroque casu per simulationem obtinuit. Distributio fortitudinis electrici campi ad extremitatem laminae isolationis sub Casu 1 monstratur in Figura 3, et distributio ad contactus fixi isolationis sub Casu 2 monstratur in Figura 4. In Casu 1, maxima fortitudo electrici campi occurrit ad extremum grading shield, attingens 7.07 kV/mm; in Casu 2, maximum occurrit ad truncatum angulus contactus fixi isolationis, cum valore 4.90 kV/mm.

Typica critica rumpendi fortitudo electrici campi pro aere est 3 kV/mm. Ut in Figuris 3 et 4 monstratur, dum fortitudo electrici campi in plerisque regionibus disiunctionis infra 3 kV/mm—insufficient ad rumpendum—localizata regiones superant hunc limen, ducendo ad partial discharge. Cum aer ex sicco ad humidum mutatur, insulantis capacitas decrescit [10], reducta critica uniformis rumpendi fortitudo electrici campi infra 3 kV/mm. Praeterea, valde non-uniformis distributio electrici campi ulterius reducit criticam rumpendi fortitudinem aeri, augmentando probabilitatem et periculum rumpendi. Ad mitigandum impactum externorum factorum ambientalium super medium insulantis aere et meliorandam uniformitatem campi, hoc studium evaluat gradum electrici campi uniformitatis et sustinendi potentiae super disiunctionem, ut basis pro insulantis qualitatis disiunctionis augmentanda.

3 Characteristicae Insulationis Aere

3.1 Determinatio Coefficientis Non-Uniformitatis Electrici Campi

In praxi, perfecte uniformis electricus campus non existit; omnes electrici campi sunt inherent non-uniformes. Basim in coefficiente non-uniformitatis electrici campi f, electrici campi duobus typis classificantur: quando f ≤ 4, campus consideratur leviter non-uniformis; quando f > 4, consideratur valde non-uniformis. Coefficient non-uniformitatis f definitur ut f = Eₘₐₓ/Eₐᵥ, ubi Eₘₐₓ est maxima localis fortitudo electrici campi, ab summitate in resultatis simulationis obtenta, et Eₐᵥ est media fortitudo electrici campi, calculata ut applicata potentia divisum per minimum electrum spatium.

Ex Figura 3, Eₘₐₓ = 7.07 kV/mm et Eₐᵥ = 0.5 kV/mm. Itaque, coefficient non-uniformitatis electrici campi ad disiunctionem est f = 14.14 > 4, indicans valde non-uniformis electricus campus. In regionibus cum valde non-uniformibus campis, stabiles partial discharge occurrere possunt, et quanto maior gradus non-uniformitatis, tanto pronunciatiores partial discharge et maiora magnitudine. Pro 12 kV unitate main ring, totalis partial discharge quantitas totius cabinetis requiritur esse minus 20 pC [5,11]. Itaque, reducendo coefficientem non-uniformitatis electrici campi, adiuvat in diminuendo partial discharge nivello.

3.2 Determinatio Sustinentis Potentiae Aere

Coefficient non-uniformitatis electrici campi affectat sustinentem potentiam aere sicci. Quando campus leviter non-uniformis est, sustinens potentia est:

ubi U denotat sustinentem potentiam; d repraesentat minimum electrum spatium inter electrodes; k est factor fidei, solito in range 1.2 ad 1.5 basim experientia; et E₀ refertur ad dielectric breakdown fortitudo electrici campi gas. In praxi, haec rumpendi fortitudo dependet ab specifica configuratione duorum electrode, et rumpendi fortitudo aere variat cum diversis electrode structuris et spatiorum clearance. Pro comparativo analyse, hoc opusculo assumit E₀ = 3 kV/mm. Ut aequatione (1) indicat, incrementum minimum electrum spatium d et reductio coefficientis non-uniformitatis electrici campi f ambo potest augmentare sustinentem potentiam medium insulantis aere.

Quando tractatur cum valde non-uniformis electricus campus, pro electrodibus cum minimum electrum spatio in 100 mm range, sustinens potentia calculatur ut sequitur:

In formula, U50%(d) repraesentat 50% rumpendi potentiam electrodum sub specifico electrum spatio d in fulgur impellendi testibus. In valde non-uniformibus electricis campis, significativa dispersio rumpendi potentiarum et longiora emissoris tempora morae, faciens rumpendi potentiam valde instabilem. In practica ingenieria applicationibus, U50%(d) determinatur per multos fulgur impellendi testus faciendo et identificando applicatam potentiam qua 50% probabilitas rumpendi est. Hoc valor stricte relatus est ad producti structuram et uniformitatem electrici campi. Est constatatum quod minor coefficient non-uniformitatis electrici campi ducit ad minus dispersionem rumpendi potentiarum, maiorem rumpendi potentiam, et consequenter, maiorem sustinentem potentiam. Itaque, reductio coefficientis non-uniformitatis electrici campi beneficia est pro augmentando sustinentem potentiam disiunctionis.

4 Optimitatio Structurae

Ad meliorem uniformitatem electrici campi circa extremitatem laminae isolationis et reductio coefficientis non-uniformitatis electrici campi, optimitatio structurae grading shield facta est. Modellos grading shield ante et post optimitationem monstrantur in Figura 5, dum sectiones transversales in Figura 6 praebentur. Ut ex Figura 6 videtur, comparativus cum pre-optimitationis designo, optimizatus grading shield crassior extremitatem cum rotundatis angulis habet, incrementum radii anguli a 0.75 mm ad 4 mm. Haec melioratio incrementum curvatura radius promovit, ad uniformiorem distributionem electrici campi. Distributio fortitudinis electrici campi circa optimizatam extremitatem laminae isolationis illustratur in Figura 7. Ex hac figura, manifestum est quod maxima fortitudo electrici campi reducta est ad 3.66 kV/mm, fere dimidium sui originalis valoris, indicans notabile meliorationem.

Secundum praedictam formulam $f = E_{ma x} / E_{a v}$ , coefficient non-uniformitatis electrici campi post optimitationem est 7.32, quod fere dimidium est comparativus cum ante optimitationem.

Hoc indicat significativam meliorationem uniformitatis electrici campi circa extremitatem laminae isolationis, demonstrans quod optimitatio structurae effectiva fuit. Comparatio datarum ante et post grading shield optimitationem monstratur in Tabula 1. Ut ex Tabula 1 videtur, optimizata structura grading shield realiter reducit periculum rumpendi discharge inter disiunctiones. Tamen, electricus campus inter disiunctiones remanet valde non-uniformis, significans quod sua sustinens potentia adhuc determinatur per $U_{50%} (d)$ . Extentus meliorationis sustinentis potentiae potest ulterius confirmari per in situ testus.

Haec translatio conservat technicas details et contextum in textu originali praebitus, claritatem et accurate pro anglophone auditorio assecurans.

5 Verificatio Experimentalis

Ad validitatem simulationis analysis confirmandam, partial discharge testus facti sunt super 12 kV aere insulatae unitate main ring. Tres prototypi unitates (No. 1 ad No. 3) paratae sunt. Partial discharge testus primo facti sunt cum originalibus (ante optimitationem) grading shields installatis super laminae isolationis trium omnium unitatum. Deinde, optimizati grading shields installati sunt, et testus repetiti sunt. Resultantes partial discharge data praebentur in Tabula 2.

Ut in tabula ostenditur, partial discharge niveles ante optimitationem omnes superaverunt 20 pC, dum post optimitationem reducti sunt infra 4.5 pC. Hoc indicat quod optimizata structura grading shield effectiva est ad insulantis qualitatem unitatis main ring augmentandam et confirmat validitatem praecedentis simulationis et analysis.

6 Conclusio

Basim in analysis electrici campi disiunctionis in 12 kV aere insulatae unitate main ring, sequentes conclusiones deducuntur:

Cum insulantis capacitas aere inferior sit ad SF₆, melioratio distributionis electrici campi essenti est ad insulantis qualitatem augmentandam quando aer ut insulantis medium in commutatoribus tribus positionibus unitatum main ring adhibetur.
Propter structurae complexitatem mobilium componentium (laminae isolationis) in commutatoribus tribus positionibus aere insulatarum unitatum main ring, distributio fortitudinis electrici campi in certis locis valde non-uniformis fieri potest. Ad hanc non-uniformitatem reducendam, grading shields adhiberi possunt in utroque latere laminae isolationis ad alti-campi regiones iuxta connectiva partes laminae shielding, ita transferendo locum summitatis fortitudinis electrici campi ad extrema grading shields. In hoc studio, incrementum curvatura radius ad extremum shield a 0.75 mm ad 4 mm reductum est ambo maxima localis fortitudo electrici campi et coefficient non-uniformitatis electrici campi ad fere dimidium suorum originalium valorum, desideratum optimitationis effectum obtinens.
Uniformitas distributionis electrici campi, sive coefficient non-uniformitatis electrici campi, significanter influens partial et rumpendi discharges. Valde non-uniformes campi tendunt stabilis partial discharge (corona discharge) producere. In utroque leviter et valde non-uniformibus campis, maior coefficient non-uniformitatis ducit ad inferiorem sustinentem potentiam inter electrodes.