Dizajn novog ekološki prijateljskog gas-insulated ring glavne jedinice na 12kV

1. Specifični dizajn

1.1 Koncept dizajna

Državna električna kompanija Kine aktivno promoviše energetsku uštedu i niskougljičnu razvojnu strategiju mreže kako bi se dostigli nacionalni ciljevi vrha emisije ugljičnog dioksida (2030) i neutralnosti (2060). Ekološki prihvatljivi gas-insulirani prstenasti glavni uređaj predstavlja ovu tendenciju. Novi integrisani ekološki prihvatljivi gas-insulirani prstenasti glavni uređaj na 12kV je dizajniran kombinacijom tehnologije vakuumskog prekidnika sa tri-pozicionim prekidnicima i vakuumskim prekidnicima. Dizajn koristi SolidWorks za 3D modelovanje sa modularnom strukturom (gasna spremna, komore za smanjenje pritiska, kabinet, prostorije za instrumente). Uređaj se sastoji od posebnih metalnih zatvorenih komora (prostorija za mehanizam, prostorija za prekidnik, prostorija za kablove, prostorija za instrumente), svaka sa nezavisnim kanalima za smanjenje pritiska. Dizajn podržava konfiguracije nezavisne jedinice i zajedničke kutije.

1.2 Integracija tri-pozicionog prekidnika i vakuumskog prekidnika 

Integracija tri-pozicionih prekidnika i vakuumskih prekidnika jeste ključni element ovog dizajna, koji uključuje povezane gornje tri-pozicione prekidnike i donje dvopoziciona prekidnička uređaja. Tri-pozicioni prekidnik radi u pozicijama zemljišta, zatvoreno i izolovano, dok prekidnik funkcioniše u stanjima otvoreno/zatvoreno. Ramena za podrsavanje izolacionih ležaja koriste materijal visokog stepena čvrstoće, nilon sa dobro podgrađenom otpornosti na toplinu. Tehnologija Mubea diskovitih opruga pruža kontakt pritisak. 

Uniformna poklopna na pokretnim kontaktima osigurava uniformnost električnog polja i smanjuje parcijalnu emitovanje. Izolacione poklopne na trofaznim bušnjacima unapređuju interfejsnu izolaciju. Tijekom testiranja, više optimizacija osiguralo je ispravne mehaničke karakteristike (dubina uključivanja, odbijanje, sinkronizacija tri faze, radna brzina). Vakuumski prekidnik ima čvrsto zapečaćene stupove montirane sa četiri vijka. 

Terminal vakuumskog prekidnika služi kao centar rotacije za ležaj prekidnika, sa Z-oblikovanim plastikom rukom koja koristi princip leveere za operaciju. Bakrene busbare sa vulkaniziranim površinama spajaju donje terminalne prekidnika. Kao što je prikazano na Slici 1, ovaj integrativni dizajn prepoznaje vakuumski prekidnik kao ključni komponent koji određuje ukupnu pouzdanost, sa strukturom kontakta i metodom ugasevanja lukova kao ključnim elementima dizajna.

Za postizanje miniaturizacije i poboljšanu pouzdanost, implementirani su dugični magnetni polja čašasta kontakta sa navojima i željeznim jezgrenom. Za razliku od poprečnih magnetskih polja, dugična polja povećavaju prelazni strujni tok od difuznog do ograničenog luka, nudeći minimalnu električnu abraziju, produženi vremenski rok korišćenja i superiornu kapacitet prekidanja. Rotirajuće magnetsko polje generisano od trofaznog AC-a kombinira se sa dugičnim poljem čašasta kontakta da formira vrtlozne struje koje smanjuju napona luka i ravnomerno raspodele luk po anodnoj površini. Ovaj dizajn povećava kapacitet prekidanja kratkog spoja sa 20kA na 25kA istog zapremine.

1.3 Mekanizam prekidnika

Mekanizam prekidnika, montiran direktno na prednjoj strani izolacione spremne, pokreće vakuumski prekidnik i tri-pozicioni prekidnik putem direktnih veza valjka bez međuređnih komponenata. Ovaj dizajn minimizira vrijeme otvaranja vakuumskog prekidnika kako bi se sprečila erozija kontakta. Mekanizam podržava i ručno i električno upravljanje sa skladistenjem energije putem principa prekomernog klipa. Tri-pozicioni prekidnik koristi mehanizam pogona sprincima sa koaksijalnim rotacijskim dizajnom koji osigurava sinkronizaciju tri faze i pouzdanu performansu zemljišnog prekidnika. Njegove dvostruke operativne otvorice posebno kontroliraju funkcije zemljišta i izolacije.

1.4 Glavni krug 

Glavni krug—koji uključuje bušnjace za kable, ležaje prekidnika, kontakte vakuumskog prekidnika, fleksibilne veze i busbare—se zapečaćava unutar nerđajuće čelikove spremne koristeći usne pečate za dinamičke dijelove i O-oblike za statičko zapečaćivanje, ispuna sa 0.02 MPa azota ili suhe zraka. Integrativni dugični dizajn tri-pozicionog prekidnika i vakuumskog prekidnika omogućuje modularnu povlačenje. Udaljenosti između faza održavaju se na 150mm za pravilnu izolaciju. Terminal vakuumskog prekidnika služi kao centar rotacije za ležaj prekidnika, sa Z-oblikovanim plastikom rukom prevodi pokret mehanizma u pokret kontakta.

1.5 Gasna spremna i proizvodna linija

Dizajn gasne spremne priorizira preciznu proizvodnju i hermetičnost. Laserne rezanje osigurava komponente od nerđajućeg čelika bez okruglih rubova, dok robota za savarivanje garantuje integritet šava i mehaničku čvrstoću. Proizvodnja koristi linearnu raspodjelu sa transportnim vozilima na traci između radnih stanica kako bi se optimizirala efikasnost procesa.

2 Analiza izolacije 

2.1 Izolacija tri-pozicionog prekidnika

Tri-pozicioni dizajn tipa noža pruža vidljive tačke prekidnice i pouzdano zemljište. Koristeci materijal visokog stepena čvrstoće nilon za rotirajući valjak i aluminijumske ravnotežne poklopne na vrhu ležaja unapređuje uniformnost polja. Simulacije i testiranje potvrdilo su da izolaciona performansa može izdržati 90kV gremlinsko impulsno napona.

2.2 Ukupna izolacija zemljišta

Analiza se fokusirala na ključne područja: udaljenosti između faza i između faza i spremne (minimalna središnja udaljenost 125mm), i izolacione komponente. Strategijska pozicija čvrste izolacije u područjima visokog polja i gasne izolacije u područjima niskog polja optimizira distribuciju polja. Dodatne mere uključuju epoksidnu kapsulaciju kontakata, poboljšana materijala za Z-ruke, vlakna izolaciona štapa i štitne poklopne na vezi busbara kako bi se spriječila koncentracija polja.

3 Zaključak 

Nova ekološki prijateljska gasna izolovana kružna glavna jedinica kombinuje ugasevanje vakuumskog luka sa ekološki prihvatljivom gasnom izolacijom, karakterišući se potpuno zatvorenom konstrukcijom, održavanjem bez intervencije, kompaktnim oblikom i potpunom izolacijom. Svi visokonaponski elementi su zapečaćeni unutar nerđajućeg čelikastog rezervoara, što ga čini pogodnim za upotrebu na otvorenom i u zatvorenom prostoru, uključujući prekidačke stanice, distribucijske sobe i kutijske pretvorne stanice. Izrađena za trofazni AC sistem od 50Hz, 12kV, nudi pouzdanu distribuciju struje za stambene, poslovne, industrijske, transportne i infrastrukturne primene, sa izuzetno dobrim karakteristikama pouzdanosti, prilagođenja okruženju i bezbednosti.