تصميم وحدة رئيسية متصلة مغلفة بالغاز صديقة للبيئة بجهد 12 كيلوفولت
1. التصميم المحدد
1.1 مفهوم التصميم
تعمل شركة الدولة للشبكة الكهربائية الصينية على تعزيز توفير الطاقة وتنمية الشبكة ذات الانبعاثات المنخفضة من الكربون لتحقيق أهداف الذروة الكربونية الوطنية (2030) والحياد الكربوني (2060). تمثل الوحدات الرئيسية الحلقة المغلقة الصديقة للبيئة هذه الاتجاه. تم تصميم وحدة رئيسية حلقة مغلقة صديقة للبيئة جديدة بتكامل 12 كيلو فولت باستخدام تقنية الفاصل الشغفي مع المقاطع الثلاثية الأوضاع والفواصل الشغفية. استخدم التصميم SolidWorks لبناء النموذج ثلاثي الأبعاد ببنية موديولية (خزان الغاز، غرف الإخلاء، جسم الخزان، غرف الأجهزة). تتكون الوحدة من حجرات معدنية منفصلة (غرفة الآلية، غرفة الفاصل، غرفة الكابلات، غرفة الأجهزة)، كل منها مع قنوات إخلاء مستقلة. يدعم التصميم تكوين الوحدات المستقلة والمجموعات المشتركة.
1.2 دمج المقاطع الثلاثية الأوضاع والفواصل الشغفية
يعتبر دمج المقاطع الثلاثية الأوضاع والفواصل الشغفية محورياً لهذا التصميم، حيث يتكون من مقاطع ثلاثية الأوضاع متصلة في الأعلى وأجهزة فاصل ثنائية الأوضاع في الأسفل. تعمل القطع الثلاثية الأوضاع في وضع الأرض، المغلق والعزل، بينما يعمل الفاصل الشغفي في حالة الفتح/الإغلاق. يستخدم إطار دعم شفرة العزل مواد نايلون عالية القوة مع قوة مرونة ومقاومة الحرارة جيدة. توفر تقنية ميوبيا للفيرنج ضغط التلامس.
توفر الغطاء الموحد على نقاط التلامس المتحركة توحيد المجال الكهربائي ويقلل من التفريغ الجزئي. تعزز أغطية العزل على المحاور الثلاثية العازلة بين الأطوار. أثناء الاختبار، تم تحسينات متعددة لضمان الخصائص الميكانيكية المناسبة (عمق التوصيل، الرج، التزامن الثلاثي الأطوار، سرعة التشغيل). يتميز الفاصل الشغفي بأعمدة القطب المغلقة بإحكام مثبتة بأربعة براغي.
تعمل طرف الفاصل الشغفي كمركز الدوران لشفرة القطع، مع ذراع بلاستيكي على شكل Z يستخدم مبدأ الرافعة للتشغيل. تربط قضبان النحاس ذات السطح المعالج بالكبريت الفوهات السفلية للفاصل الشغفي. كما هو موضح في الشكل 1، يعتبر هذا التصميم المتكامل الفاصل الشغفي عنصراً أساسياً يحدد الموثوقية العامة، مع أن بنية التلامس وطريقة إطفاء القوس هما عناصر تصميم حاسمة.
لتحقيق التصغير وتحسين الموثوقية، تم استخدام نقاط تلامس على شكل كأس بمجال مغناطيسي طولي مع ملفات لفائف ونوادي حديدية. على عكس المجالات المغناطيسية العرضية، فإن المجالات الطولية تزيد من تيار الانتقال من القوس المنتشر إلى القوس المضغوط، مما يوفر ارتداء كهربائي أقل، عمر خدمة أطول وقدرة فصل أفضل. يجمع المجال المغناطيسي الدوار الذي يولده التيار الثلاثي الأطوار مع المجال الطولي لكأس التلامس لتشكيل تيارات دوامية تقلل من الجهد القوسي وتوزع القوس بشكل متساوٍ على سطح الأنود. يزيد هذا التصميم من قدرة الفصل القصيرة من 20 كيلو أمبير إلى 25 كيلو أمبير بنفس الحجم.
1.3 آليات تشغيل المقاطع
تقوم آليات تشغيل المقاطع، التي تكون مثبتة مباشرة على الجبهة الخزان العازل، بتشغيل الفاصل الشغفي والمقاطع الثلاثية الأوضاع عبر روابط عمودية مباشرة دون مكونات وسيطة. يقلل هذا التصميم من وقت فتح الفاصل الشغفي لمنع تآكل التلامس. تدعم الآلية التشغيل اليدوي والكهربائي بتخزين الطاقة باستخدام مبدأ القابض المتخطى. تستخدم القطع الثلاثية الأوضاع نظام قيادة بالربيع الحلزوني مع تصميم دوران متمركز يضمن التزامن الثلاثي الأطوار والأداء الموثوق للمفتاح الأرضي. تتحكم فتحاتها الثنائية في وظائف الأرض والعزل بشكل منفصل.
1.4 الدائرة الرئيسية
تتكون الدائرة الرئيسية -المكونة من محولات الكابلات، شفرات القطع، نقاط تلامس الفاصل الشغفي، الاتصالات المرنة، وقضبان النحاس- من خزان من الفولاذ المقاوم للصدأ مختوم باستخدام مفاصل الشفاه للأجزاء المتحركة وخواتم O للختم الثابت، مملوء بنتروجين أو هواء جاف بضغط 0.02 ميجا باسكال. يمكّن التصميم المتكامل الطولي للمقطعين الثلاثية الأوضاع والفواصل الشغفية من السحب الموديولي. تُحافظ المسافة بين الأطوار عند 150 ملم للعزل المناسب. يعمل طرف الفاصل الشغفي كمركز الدوران لشفرة القطع، مع ذراع بلاستيكي على شكل Z يترجم حركة الآلية إلى حركة التلامس.
1.5 خزان الغاز وخط الإنتاج
ركز تصميم خزان الغاز على التصنيع الدقيق والغلق. يضمن القطع بالليزر أجزاء الفولاذ المقاوم للصدأ بدون حواف بينما يضمن اللحام الروبوتي سلامة الوصلات والقوة الميكانيكية. يستخدم الإنتاج تخطيطاً خطياً مع مركبات النقل على القضبان تتحرك بين محطات العمل لتحسين كفاءة سير العمل.
2 تحليل العزل
2.1 عزل القطع الثلاثية الأوضاع
يوفر تصميم القطع الثلاثية الأوضاع من نوع السكين نقاط قطع مرئية وتجهيز أرضي موثوق. يستخدم محور الدوران مواد نايلون عالية القوة وغطاء متساوي الألومنيوم على رؤوس الشفرات لتحسين توحيد المجال. أكدت المحاكاة واختبارات العزل أن الأداء يتحمل جهد الصدمة الكهربائية البالغ 90 كيلو فولت.
2.2 العزل العام للأرض
ركز التحليل على المناطق الحرجة: المسافات بين الأطوار ومسافات الأطوار إلى الخزان (مسافة مركزية حدها الأدنى 125 ملم)، والمكونات العازلة. تحسن وضع العزل الصلب في المناطق ذات المجال العالي والعزل الغازي في المناطق ذات المجال المنخفض توزيع المجال. تشمل الإجراءات الإضافية تغليف نقاط التلامس بالراتنج الإيبوكسي، تحسين مواد الذراع Z، قضبان العزل الليفية، وغطاء الدرع في اتصالات قضبان النحاس لمنع تركيز المجال.
3 الخلاصة
الوحدة الرئيسية الحلقة المعزولة بالغاز الصديقة للبيئة الجديدة تجمع بين إطفاء القوس الكهربائي تحت الفراغ والعزل الغازي الصديق للبيئة، وتحتوي على خصائص التختم الكامل والتشغيل دون صيانة والحجم الصغير والعزل الكامل. جميع المكونات ذات الجهد العالي مختومة داخل الخزان المصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ، مما يجعلها مناسبة للاستخدامات الخارجية والداخلية بما في ذلك محطات التحويل وأماكن التوزيع وخزانات المحولات الصندوقية. تم تصميم الوحدة للأنظمة ذات التيار المتردد ثلاثي الطور بتردد 50 هرتز ونظام 12 كيلو فولت، وتقدم توزيعًا موثوقًا للطاقة لتطبيقات سكنية وتجارية وصناعية ومناطق النقل والبنية التحتية مع خصائص موثوقية وقابلية تكيف بيئي وأمان ممتازة.
