새로운 12kV 친환경 가스절연 링 메인 유닛 설계

1. 특정 설계

1.1 설계 개념

중국 국가전력공사는 국가의 탄소 피크(2030)와 중립(2060) 목표를 달성하기 위해 전력망 에너지 절약과 저탄소 발전을 적극적으로 촉진하고 있습니다. 환경 친화적인 가스 단열 고압환선장치는 이러한 경향을 대변합니다. 진공 차단기 기술, 세 가지 위치의 분리기, 진공 회로 차단기를 결합한 새로운 12kV 통합 환경 친화적인 가스 단열 고압환선장치가 설계되었습니다. 설계는 SolidWorks를 사용하여 3D 모델링을 수행했으며, 모듈 구조(가스 탱크, 압력 방출실, 캐비닛 본체, 계측실)를 활용했습니다. 장치는 별도의 금속으로 둘러싸인 구획(기구실, 회로 차단기실, 케이블실, 계측실)으로 구성되며, 각각 독립적인 압력 방출 채널을 갖추고 있습니다. 설계는 독립형 유닛 및 공통 박스 구성 모두를 지원합니다.

1.2 세 가지 위치의 분리기와 진공 회로 차단기 통합

세 가지 위치의 분리기와 진공 회로 차단기의 통합은 이 설계의 핵심입니다. 상호 연결된 상부 세 가지 위치의 분리기와 하부 두 가지 위치의 회로 차단기 장치로 구성됩니다. 세 가지 위치의 분리기는 접지, 폐쇄, 격리 상태에서 작동하며, 회로 차단기는 개방/폐쇄 상태에서 작동합니다. 격리 블레이드 지지대는 강도가 높고 인성이 좋으며 열에 강한 나이론 소재를 사용합니다. Mubea 디스크 스프링 기술은 접촉 압력을 제공합니다.

움직이는 접점에 균일한 커버를 적용하여 전기 필드의 균일성을 보장하고 부분 방전을 줄였습니다. 삼상 부싱에 절연 커버를 추가하여 상간 절연을 향상시켰습니다. 시험 중에는 여러 최적화를 통해 적절한 기계적 특성(참여 깊이, 튕김, 삼상 동기화, 작동 속도)을 확보했습니다. 진공 회로 차단기는 4개의 나사로 장착된 단단히 밀봉된 폴 컬럼을 특징으로 합니다.

진공 차단기의 단자는 분리기 블레이드의 회전 중심 역할을 하며, Z형 플라스틱 레버암은 레버 원리를 이용하여 작동합니다. 회로 차단기의 하부 단자에는 벌칸화 표면 처리된 구리 바를 사용하여 연결합니다. 도 1에서 보듯이, 이 통합 설계는 진공 차단기를 전체적인 신뢰성 결정의 핵심 구성 요소로 인식하며, 접점 구조와 아크 소멸 방법이 중요한 설계 요소입니다.

미니어처화와 신뢰성 향상을 위해 종방향 자기장 컵형 접점과 코일 감쇠 및 철심을 구현했습니다. 횡방향 자기장과 달리 종방향 자기장은 확산 아크에서 축소 아크로의 전환 전류를 증가시키며, 이를 통해 전기 마모를 최소화하고 수명을 연장하며 우수한 차단 능력을 제공합니다. 삼상 교류 전류에 의해 생성된 회전 자기장은 컵형 접점의 종방향 자기장과 결합하여 소용돌이 전류를 형성하여 아크 전압을 줄이고 아노드 표면에 아크를 고르게 분포시킵니다. 이 설계는 동일한 부피에서 단락 회로 차단 용량을 20kA에서 25kA로 증가시킵니다.

1.3 스위치 작동 메커니즘

스위치 작동 메커니즘은 절연 탱크 앞쪽에 직접 장착되어 중간 구성 요소 없이 직접 샤프트 연결을 통해 진공 회로 차단기와 세 가지 위치의 분리기를 구동합니다. 이 설계는 접점 부식을 방지하기 위해 진공 회로 차단기의 개방 시간을 최소화합니다. 메커니즘은 오버런 클러치 원리를 사용하여 수동 및 전기 작동을 지원하며 에너지 저장이 가능합니다. 세 가지 위치의 분리기는 토크 스프링 구동과 동축 회전 설계를 사용하여 삼상 동기화와 신뢰적인 접지 스위치 성능을 보장합니다. 그의 이중 작동 구멍은 접지 및 격리 기능을 따로 제어합니다.

1.4 주 회로

주 회로는 케이블 부싱, 분리기 블레이드, 진공 차단기 접점, 유연한 연결, 그리고 버스바로 구성되며, 동적 부품에 대한 립 실과 정적 밀봉을 위한 O 링을 사용하여 0.02 MPa의 질소 또는 건조 공기로 충전된 스테인리스 스틸 탱크 내에 밀봉됩니다. 세 가지 위치의 분리기와 진공 회로 차단기의 통합 종방향 설계는 모듈식 추출을 가능하게 합니다. 적절한 절연을 위해 상 간 거리는 150mm로 유지됩니다. 진공 차단기의 단자는 분리기 블레이드의 회전 중심 역할을 하며, Z형 플라스틱 레버암은 작동 메커니즘의 움직임을 접점 움직임으로 변환합니다.

1.5 가스 탱크 및 생산 라인

가스 탱크 설계는 정밀 제조와 기밀성을 우선시했습니다. 레이저 절단은 버를 없는 스테인리스 스틸 부품을 보장하며, 로봇 용접은 조인트의 무결성과 기계적 강도를 보장합니다. 생산은 직선형 레이아웃을 사용하여 작업장 사이를 이동하는 트랙 운송 차량을 통해 작업 효율성을 최적화합니다.

2 절연 분석

2.1 세 가지 위치의 분리기 절연

나이프 스위치 형태의 세 가지 위치 설계는 가시적인 분리 점과 신뢰성 있는 접지를 제공합니다. 회전 축에 고강도 나이론 소재를 사용하고, 블레이드 머리에 알루미늄 등화 커버를 사용하여 필드 균일성을 향상시킵니다. 시뮬레이션 및 테스트를 통해 절연 성능이 90kV 번개 임펄스 전압을 견딜 수 있음을 확인했습니다.

2.2 전체 접지 절연

분석은 주요 영역인 상 간거리와 상-탱크 간 거리(최소 125mm 중심 거리), 그리고 절연 구성 요소에 집중했습니다. 고 필드 영역에 고체 절연을, 저 필드 영역에 가스 절연을 전략적으로 배치하여 필드 분포를 최적화했습니다. 추가적인 조치로는 접점의 에폭시 포장, 개선된 Z-암 소재, 섬유 절연 막대, 그리고 버스바 연결부의 필드 집중을 방지하기 위한 차폐 커버 등을 포함합니다.

3 결론

새로운 환경 친화적인 가스 절연 링 메인 유닛은 진공 아크 소멸과 환경 친화적인 가스 절연을 결합하여 완전한 밀폐, 유지보수 없음, 컴팩트한 크기 및 완전 절연의 특징을 가지고 있습니다. 모든 고압 부품은 스테인리스 강 탱크 내부에 밀봉되어 있어 스위치 스테이션, 배전실, 박스형 변전소 등 실내외 응용 분야에 적합합니다. 3상 교류 50Hz, 12kV 시스템을 위해 설계되었으며 주거, 상업, 산업, 교통, 인프라 응용 분야에서 우수한 신뢰성, 환경 적응력, 안전성을 갖춘 안정적인 전력 분배를 제공합니다.