Reka Bentuk Unit Utama Melingkar Berasingan Gas Mesra Alam Baru 12kV

1. Reka Bentuk Khusus

1.1 Konsep Reka Bentuk

Syarikat Grid Negara China secara aktif mempromosikan pengurangan tenaga dan pembangunan rendah karbon grid untuk mencapai matlamat puncak karbon negara (2030) dan neutraliti (2060). Unit utama gelung cincin yang mesra alam mewakili trend ini. Satu unit utama gelung cincin mesra alam terpadu baru 12kV direka dengan menggabungkan teknologi pemutus vakum dengan pemisah tiga posisi dan pemutus litar vakum. Reka bentuk ini menggunakan SolidWorks untuk pemodelan 3D dengan struktur modul (tangki gas, ruang pelepasan tekanan, badan kabinet, bilik instrumen). Unit ini terdiri daripada bahagian tertutup logam berasingan (bilik mekanisme, bilik pemutus litar, bilik kabel, bilik instrumen), setiap satu dengan saluran pelepasan tekanan yang berasingan. Reka bentuk ini menyokong konfigurasi unit berasingan dan kotak bersama.

1.2 Penggabungan Pemisah Tiga Posisi dan Pemutus Litar Vakum 

Penggabungan pemisah tiga posisi dan pemutus litar vakum adalah kunci dalam reka bentuk ini, yang terdiri daripada peranti pemisah tiga posisi atas yang berkaitan dan peranti pemutus litar dua posisi bawah. Pemisah tiga posisi beroperasi dalam kedudukan tanah, tertutup, dan isolasi, sementara pemutus litar berfungsi dalam keadaan terbuka/tertutup. Kerangka sokongan pisau isolasi menggunakan bahan nilon berkuasa tinggi dengan ketahanan baik dan tahan panas. Teknologi spring disc Mubea memberikan tekanan kontak. 

Penutup seragam pada kontak bergerak memastikan keseragaman medan elektrik dan mengurangkan pelepasan separa. Penutup insulasi pada bushing tiga fasa meningkatkan insulasi antara fasa. Semasa ujian, pelbagai pengoptimuman memastikan ciri-ciri mekanikal yang sesuai (kedalaman penyambutan, pantulan, sinkronisasi tiga fasa, kelajuan operasi). Pemutus litar vakum mempunyai tiang tiub yang ditempatkan dengan empat skru. 

Terminal pemutus vakum bertindak sebagai pusat putaran untuk pisau pemisah, dengan lengan plastik berbentuk Z menggunakan prinsip tuas untuk operasi. Busbar tembaga dengan permukaan vulkanisasi menghubungkan terminal bawah pemutus litar. Seperti yang ditunjukkan dalam Gambar 1, reka bentuk penggabungan ini mengiktiraf pemutus vakum sebagai komponen inti yang menentukan kebolehpercayaan keseluruhan, dengan struktur kontak dan kaedah pemadam busur menjadi elemen reka bentuk penting.

Untuk mencapai miniaturisasi dan kebolehpercayaan yang lebih tinggi, kontak cup bermedan magnet longitudinal dengan kumparan dan inti besi telah dilaksanakan. Berbeza dengan medan magnet melintang, medan longitudinal meningkatkan arus transisi dari busur tersebar ke busur terbatas, menawarkan keausan elektrik minimal, jangka hayat yang lebih panjang, dan kapasiti pemutusan yang lebih baik. Medan magnet berputar yang dihasilkan oleh arus AC tiga fasa bergabung dengan medan longitudinal kontak cup untuk membentuk arus eddy yang mengurangkan voltan busur dan mendistribusikan busur secara merata di permukaan anoda. Reka bentuk ini meningkatkan kapasiti pemutusan litar pendek dari 20kA hingga 25kA pada isipadu yang sama.

1.3 Mekanisme Operasi Peralihan

Mekanisme operasi peralihan, dipasang langsung di hadapan tangki insulasi, menggerakkan pemutus litar vakum dan pemisah tiga posisi melalui sambungan poros langsung tanpa komponen perantara. Reka bentuk ini mengurangkan masa pembukaan pemutus litar vakum untuk mencegah erosi kontak. Mekanisme ini menyokong operasi manual dan elektrik dengan penyimpanan tenaga melalui prinsip kopling overrunning. Pemisah tiga posisi menggunakan penggerak spring torsion dengan reka bentuk putaran koaksial memastikan sinkronisasi tiga fasa dan prestasi switch tanah yang boleh dipercayai. Lubang operasi gandaannya mengawal fungsi tanah dan isolasi secara berasingan.

1.4 Litar Utama 

Litar utama—yang terdiri daripada bushing kabel, pisau pemisah, kontak pemutus vakum, sambungan fleksibel, dan busbar—diseal dalam tangki baja tahan karat menggunakan lip seal untuk bahagian dinamik dan O-ring untuk penyegelan statik, diisi dengan nitrogen atau udara kering 0.02 MPa. Reka bentuk longitudinal terpadu pemisah tiga posisi dan pemutus litar vakum membolehkan penarikan modul. Jarak antara fasa dipertahankan pada 150mm untuk insulasi yang betul. Terminal pemutus vakum bertindak sebagai pusat putaran untuk pisau pemisah, dengan lengan plastik berbentuk Z mentranslasikan gerakan mekanisme operasi kepada pergerakan kontak.

1.5 Tangki Gas dan Garis Pengeluaran

Reka bentuk tangki gas memprioritaskan pembuatan tepat dan kedap udara. Potongan laser memastikan komponen baja tahan karat tanpa sisik sementara penyambungan robotik memastikan integriti jahitan dan kekuatan mekanikal. Pengeluaran menggunakan susun atur linear dengan kenderaan pengangkutan trek bergerak antara stesen kerja untuk mengoptimumkan kecekapan aliran kerja.

2 Analisis Insulasi 

2.1 Insulasi Pemisah Tiga Posisi

Reka bentuk pemisah tiga posisi jenis pisau memberikan titik-titik pemisahan yang terlihat dan tanah yang boleh dipercayai. Menggunakan bahan nilon berkuasa tinggi untuk poros putaran dan tutup seimbang aluminium pada kepala pisau meningkatkan keseragaman medan. Simulasi dan ujian mengesahkan prestasi insulasi menahan voltan impuls petir 90kV.

2.2 Insulasi Tanah Keseluruhan

Analisis difokuskan pada kawasan kritis: jarak antara fasa dan jarak antara fasa dan tangki (jarak pusat minimum 125mm), dan komponen insulasi. Penempatan strategik insulasi padat di kawasan medan tinggi dan insulasi gas di kawasan medan rendah mengoptimumkan taburan medan. Langkah tambahan termasuk enkapsulasi epoksi kontak, peningkatan bahan lengan Z, rod insulasi fiber, dan tutup penyekat di sambungan busbar untuk mencegah penumpuan medan.

3 Kesimpulan 

Unit utama gelung yang diperangkap gas ramah alam semula jadi ini menggabungkan pemadam lengkung vakum dengan perangkap gas mesra alam, mempunyai ciri-ciri penutupan penuh, operasi tanpa penyelenggaraan, saiz kecil, dan pengasingan penuh. Semua komponen voltan tinggi disegel dalam tangki keluli tahan karat, menjadikannya sesuai untuk aplikasi luar dan dalaman termasuk stesen beralih, bilik pengagihan, dan substesen kotak. Direka untuk sistem AC tiga fasa 50Hz, 12kV, ia menawarkan pengedaran kuasa yang boleh dipercayai untuk aplikasi tempatan, komersial, industri, pengangkutan, dan infrastruktur dengan ciri-ciri kebolehpercayaan, adaptabiliti alam sekitar, dan keselamatan yang luar biasa.