Design av en ny miljövänlig gasisolerad ringhuvudenhet på 12kV

1. Specifik Design

1.1 Designkoncept

Statens nätbolag i Kina främjar aktivt energisparande och lågkolutveckling i nätet för att uppnå nationella mål om koltopp (2030) och neutralitet (2060). Miljövänliga gasisoleringssystem representerar denna trend. Ett nytt integrerat miljövänligt gasisoleringssystem på 12kV utformades genom kombination av vakuumavbrottslarmteknik med trepositionslägenheter och vakuumkretsavbrottare. Designen använder SolidWorks för 3D-modellering med modulär struktur (gastank, tryckavlastningskammare, kabinettkropp, instrumentlokaler). Enheten består av separata metallinkapslade rum (mekanismrum, kretsavbrottarrum, kabellokal, instrumentlokal), varje med oberoende tryckavlastningskanaler. Designen stödjer både oberoende enheter och gemensamma lådor.

1.2 Integrering av Trepositionslägenhet och Vakuumkretsavbrottare 

Integreringen av trepositionslägenheter och vakuumkretsavbrottare är central för denna design, bestående av sammanlänkade övre trepositionslägenheter och nedre tvåpositionskretsavbrottarenheter. Trepositionslägenheten fungerar i jord, stängd och isolerad position, medan kretsavbrottaren fungerar i öppen/stängd tillstånd. Isolationsbladets stödförband använder högstyrka nylonmaterial med god smidighet och värmebeständighet. Mubea skivfjäderteknik ger kontakttryck. 

En enhetlig täckning på rörliga kontakter säkerställer elektrisk fältuniformitet och minskar partiell avlägsnande. Isolerande täckningar på trefasiga bushingar förbättrar fas-till-fas-isolering. Under testning säkrades flera optimeringar för att garantera korrekta mekaniska egenskaper (engagemangs djup, studs, trefassynkronisering, driftshastighet). Vakuumkretsavbrottaren har fast sällda polpelare monterade med fyra skruvar. 

Vakuumavbrottslarmets terminal fungerar som rotationscentrum för lägenhetsslagen, med en Z-formad plastlängsarm som använder hävdprincipen för drift. Kopparbusbarer med vulkaniserade ytor ansluter kretsavbrottarens nedre terminaler. Som visas i figur 1, erkänner denna integreringsdesign vakuumavbrottslarmet som den centrala komponenten som bestämmer den totala tillförlitligheten, med kontaktstruktur och bågningsmetod som kritiska designelement.

För att uppnå miniaturisering och ökad tillförlitlighet implementerades längsfältsmagneter med kopparkontakter och spolevikter. I motsats till transversala fält ökar längsfält övergångsströmmen från diffusa till koncentrerade bågar, vilket ger minimal elektrisk slit, förlängd livslängd och överlägsen brytningskapacitet. Det roterande magnetfältet genererat av trefasig växelström kombineras med kopparkontaktens längsfält för att forma virvelströmmar som minskar bågspänningen och distribuerar bågen jämnt över anodytan. Denna design ökar kortslutningsbrytningskapaciteten från 20kA till 25kA vid samma volym.

1.3 Brottarmekanism

Brottarmekanismen, monterad direkt på fronten av isoleringstanken, drivs både vakuumkretsavbrottare och trepositionslägenhet via direkta axelkopplingar utan mellankomponenter. Denna design minimerar öppningstiden för vakuumkretsavbrottare för att förhindra kontaktrosning. Mekanismen stöder både manuell och elektrisk drift med energilagring via överrinnandekopplingsprincip. Trepositionslägenheten använder vridmomentfjäderrivning med koaxial rotationsdesign för att säkerställa trefassynkronisering och tillförlitlig jordningslarmprestanda. Dess dubbla driftshål kontrollerar separat jordning och isolering.

1.4 Huvudkrets 

Huvudkretsen—bestående av kabellagingar, lägenhetsslagen, vakuumavbrottslarmkontakter, flexibla kopplingar och busbarer—är siglad inom en rostfri ståltank med läppsegl för dynamiska delar och O-ring för statisk siglning, fylld med 0,02 MPa kväve eller torr luft. Den integrerade längsfältsdesignen av trepositionslägenhet och vakuumkretsavbrottare möjliggör modulär retraktion. Fas-till-fas-avstånd bibehålls vid 150 mm för korrekt isolering. Vakuumavbrottslarmets terminal fungerar som rotationscentrum för lägenhetsslagen, med Z-formade plastlängsarmer som översätter driftmekanismens rörelse till kontaktrörelse.

1.5 Gastank och produktionslinje

Gastanksdesign prioriterade precisionstillverkning och åtthet. Laserskärning säkerställer burrfria rostfria stålkomponenter medan robotsvetsning garanterar sömnintegritet och mekanisk styrka. Produktion använder linjär layout med spårbaserad transport mellan arbetsstationer för optimalt flödeffektivitet.

2 Isoleringanalys 

2.1 Trepositionslägenhetens isolering

Trepositionslägenhetens knivkontakttyp ger synliga avkopplingspunkter och tillförlitlig jordning. Användningen av högstyrka nylonmaterial för roterande axeln och aluminiumlikvärdande täckningar på bladhuvuden förbättrar fältuniformitet. Simulering och testning bekräftade isoleringsprestanda som håller ut 90kV blixtningsimpulsspänning.

2.2 Allmän jordisolering

Analysen fokuserade på kritiska områden: fas-till-fas- och fas-till-tankavstånd (minst 125 mm centrumavstånd), samt isoleringskomponenter. Strategisk placering av solid isolering i högfältområden och gasisolering i lågfältområden optimiserar fältdistribution. Ytterligare åtgärder inkluderar epoxiencapsling av kontakter, förbättrade Z-armmaterial, fiberisoleringständer och skyddande täckningar vid busbaranslutningar för att förhindra fältkoncentration.

3 Slutsats 

Den nya miljövänliga gasisoleringsslinga kombinerar vakuumutsläckning med miljövänlig gasisolering, vilket ger fullständig tätning, drift utan underhåll, kompakt storlek och full isolering. Alla högspänningskomponenter är täta inuti rostfria stålbehållare, vilket gör dem lämpliga för både utomhus- och inomhusanvändning, inklusive växelstationer, distributionsrum och lådformade ombord. Den är utformad för trefasväxelström 50Hz, 12kV-system, och erbjuder pålitlig eldistribution för bostäder, kommersiella, industriella, transport- och infrastrukturapplikationer med utmärkta pålitlighetsegenskaper, anpassningsförmåga till miljö och säkerhetsegenskaper.