Design av en ny miljøvennlig gassisoleret ringhovedenhet på 12kV

1. Spesifikk Design

1.1 Designtanke

State Grid Corporation of China fremmer aktivt energibesparelser i nettet og lavkarbonutvikling for å nå nasjonale mål om karbon topp (2030) og nøytralitet (2060). Miljøvennlige gassisolerede ringhovedenheter representerer denne trender. En ny 12kV integrert miljøvennlig gassisoleret ringhovedenhet ble designet ved å kombinere vakuumavbryterteknologi med treposisjons skillekontakter og vakuumkretsavbrytere. Designet brukte SolidWorks for 3D-modellering med modulær struktur (gastank, trykkavlastningsrom, kabinettkropp, instrumentrom). Enheten består av separate metallbesluttede rom (mekanismekomponent, kretsavbryterkomponent, kabelkomponent, instrumentkomponent), hvert med uavhengige trykkavlastningskanaler. Designet støtter både selvstendig enhet og felles boksoppsett.

1.2 Integrering av Treposisjons Skillekontakt og Vakuumkretsavbryter 

Integreringen av treposisjons skillekontakter og vakuumkretsavbrytere er nøkkelen til dette designet, bestående av sammenkoblet øvre treposisjons skillekontakter og nedre toposisjons kretsavbryterenheter. Treposisjons skillekontakten fungerer i jord, lukket og isolasjon posisjoner, mens kretsavbryteren fungerer i åpen/lukket tilstand. Støtte rammen for isolasjonsbladet bruker høystyrke nylonmateriale med god tøffhet og varmestabilitet. Mubea diskspringteknologi gir kontakttrykk. 

En uniform deksel på bevegelige kontakter sikrer jevne elektriske felt og reduserer delvis utslipp. Isoleringdeksler på trefase bushinger forbedrer fase-til-fase isolasjon. Under testing ble flere optimaliseringer gjennomført for å sikre riktige mekaniske egenskaper (innslipningsdybde, hoppe, trefase synkronisering, driftshastighet). Vakuumkretsavbryteren har fast forseglet polkolonner montert med fire skruer. 

Terminalen på vakuumavbryteren fungerer som rotasjonssenter for skillekontaktsbladet, med en Z-formet plastisk hevelarm som bruker hevelprinsippet for drift. Kobberbusbarer med vulkaniserte overflater kobler kretsavbryterens nedre terminaler. Som vist i figur 1, anerkjenner dette integrerte designet vakuumavbryteren som den sentrale komponenten som bestemmer total pålitelighet, med kontaktstruktur og bukeslukking som kritiske designelementer.

For å oppnå miniaturisering og forbedret pålitelighet, ble lengderettede magnetfelt koppformede kontakter med spolevindinger og jernkjerner implementert. I motsetning til tværrettede felt, øker lengderettede felt overgangsstrømmen fra diffus til konstruert buke, som gir minimal elektrisk slitasje, forlenget levetid og bedre brytekapasitet. Den roterende magnetfeltet generert av trefasen AC kombinerer seg med koppformede kontaktens lengderettede felt for å danne virvelfelt som reduserer bukespenning og fordeler buken jevnt over anodes overflate. Dette designet øker kortslutningsbrytekapasiteten fra 20kA til 25kA ved identisk volum.

1.3 Kontrollmekanisme for Skillekontakt

Kontrollmekanismen for skillekontakten, montert direkte på isolasjonstanken foran, driver både vakuumkretsavbryter og treposisjons skillekontakt via direkte akselkoblinger uten mellomkomponenter. Dette designet minimerer vakuumkretsavbryterens åpnings tid for å unngå kontakt erosjon. Mekanismen støtter både manuell og elektrisk drift med energilagring via overrunning clutch-prinsippet. Treposisjons skillekontakten bruker torsjonsfedrekobling med aksial rotasjonsdesign som sikrer trefase synkronisering og pålitelig jordskillekontakt yte. Dets dobbelte operasjonshuller kontrollerer separat jord og isolasjon funksjoner.

1.4 Hovedkrets 

Hovedkretsen—bestående av kabelbushing, skillekontaktsblad, vakuumavbryterkontakter, fleksible koblinger og busbarer—er forseglet inni en rustfri stål tank med lip seals for dynamiske deler og O-ringer for statisk forsegling, fylt med 0.02 MPa nitrogen eller tørt luft. Den integrerte lengderettede designen av treposisjons skillekontakt og vakuumkretsavbryter muliggjør modulær trekking. Fase-til-fase avstander holdes på 150mm for riktig isolasjon. Terminalen på vakuumavbryteren fungerer som rotasjonssenter for skillekontaktsbladet, med Z-formet plastiske hevelarmer som overfører mekanismens bevegelse til kontaktbevegelse.

1.5 Gastank og Produksjonslinje

Gastankdesign prioriteret nøyaktig produksjon og tetthet. Laserfræsing sikrer burrfrie rustfrie stålkomponenter, mens robotisk svarting garanterer sømsintegritet og mekanisk styrke. Produksjon bruker lineær oppsett med sportransport kjøretøy som beveger seg mellom arbeidsstasjoner for å optimere arbeidsflyt effektivitet.

2 Isolasjonsanalyse 

2.1 Treposisjons Skillekontakt Isolasjon

Treposisjons knivkontakttype design gir synlige skillepunkter og pålitelig jord. Bruk av høystyrke nylonmateriale for roterende aksen og aluminium likeverdige deksler på bladhoder forbedrer feltuniformitet. Simulering og testing bekreftet at isolasjonsytingen tåler 90kV lynimpuls spenning.

2.2 Total Jordelektrode Isolasjon

Analysen fokuserte på kritiske områder: fase-til-fase og fase-til-tank avstand (minimum 125mm senteravstand), samt isolerende komponenter. Strategisk plassering av fast isolasjon i høyfeltområder og gassisolasjon i lavfeltområder optimaliserer feltfordeling. Ytterligere tiltak inkluderer epoxy-forsegling av kontakter, forbedret Z-arm materiale, fiber isolerende staver, og skjermede deksler ved busbarforbindelser for å forhindre feltkonsentrasjon.

3 Konklusjon 

Den nye miljøvennlige gassisolerede ringhovedenheten kombinerer vakuum bueutslukning med miljøvennlig gassisolering, og har fullt tett, vedlikeholdsfridrift, kompakt størrelse og full isolasjon. Alle høyspenningskomponentene er tett innkapslet i rustfri ståltank, som gjør den egnet for både utendørs- og innendørsbruk, inkludert skruvestasjoner, distribusjonsrom og boksformet understasjon. Den er designet for tre-fase vekselstrøm 50Hz, 12kV systemer, og tilbyr pålitelig strømforsyning for bolig-, kommersiell, industriell, transport- og infrastrukturelle bruksområder, med fremragende pålitelighet, miljøtilpasning og sikkerhetsegenskaper.