การออกแบบตู้สวิตช์วงจรหลักกันน้ำแบบใช้แก๊สฉนวนแรงดัน 12kV ที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

1. การออกแบบเฉพาะ

1.1 แนวคิดในการออกแบบ

บริษัท State Grid Corporation of China สนับสนุนการอนุรักษ์พลังงานและพัฒนาอย่างยั่งยืนของระบบไฟฟ้าเพื่อให้บรรลุเป้าหมายการลดคาร์บอนสูงสุด (2030) และความเป็นกลางทางคาร์บอน (2060) ของประเทศ หน่วยควบคุมวงจรแหวนที่ใช้ก๊าซฉนวนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมเป็นตัวแทนของแนวโน้มนี้ ได้ออกแบบหน่วยควบคุมวงจรแหวนที่ใช้ก๊าซฉนวนแบบใหม่ที่รวมเทคโนโลยีสวิตช์สุญญากาศเข้ากับสวิตช์แยกสามตำแหน่งและสวิตช์วงจรสุญญากาศ โดยใช้ SolidWorks ในการสร้างแบบจำลอง 3 มิติโดยมีโครงสร้างแบบโมดูลาร์ (ถังก๊าซ, ห้องระบายแรงดัน, ตู้เครื่อง, ห้องเครื่องมือ) หน่วยประกอบด้วยห้องโลหะปิดแยกกัน (ห้องกลไก, ห้องสวิตช์วงจร, ห้องสายเคเบิล, ห้องเครื่องมือ) แต่ละห้องมีช่องระบายแรงดันอิสระ การออกแบบรองรับทั้งการติดตั้งแบบหน่วยอิสระและการติดตั้งในตู้เดียวกัน

1.2 การรวมสวิตช์แยกสามตำแหน่งและสวิตช์วงจรสุญญากาศ

การรวมสวิตช์แยกสามตำแหน่งและสวิตช์วงจรสุญญากาศเป็นส่วนสำคัญของการออกแบบ โดยประกอบด้วยสวิตช์แยกสามตำแหน่งบนและสวิตช์วงจรสองตำแหน่งด้านล่าง สวิตช์แยกสามตำแหน่งทำงานในตำแหน่งต่อพื้น, ปิด, และแยก ส่วนสวิตช์วงจรทำงานในสถานะเปิด/ปิด กรอบรองรับใบกั้นใช้วัสดุไนลอนความแข็งแรงสูงที่ทนทานต่อความร้อนและมีความเหนียว เทคโนโลยีสปริง Mubea ให้แรงกดทับ

ฝาครอบที่สม่ำเสมอบนตัวติดต่อเคลื่อนที่ช่วยให้สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอและลดการปล่อยประจุบางส่วน ฝาครอบฉนวนสำหรับชุดขั้วสามเฟสเพิ่มความฉนวนระหว่างเฟส ในระหว่างการทดสอบมีการปรับปรุงหลายครั้งเพื่อรับประกันคุณสมบัติเชิงกลที่เหมาะสม (ความลึกของการเข้ารับ, การกระแทก, การทำงานพร้อมกันของสามเฟส, ความเร็วในการทำงาน) สวิตช์วงจรสุญญากาศมีเสาที่ผนึกแน่นติดตั้งด้วยสกรูสี่ตัว

ปลายสวิตช์สุญญากาศทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการหมุนของใบกั้น โดยใช้แขนเลเวอร์พลาสติกทรง Z ที่ใช้หลักการเลเวอร์ในการทำงาน บัสทองแดงที่ผ่านกระบวนการวัลคาไนซ์เชื่อมต่อกับปลายด้านล่างของสวิตช์วงจร ตามภาพที่ 1 การออกแบบรวมนี้ยอมรับสวิตช์สุญญากาศเป็นส่วนประกอบหลักที่กำหนดความน่าเชื่อถือโดยรวม โครงสร้างตัวติดต่อและวิธีการดับอาร์คเป็นองค์ประกอบการออกแบบที่สำคัญ

เพื่อให้ขนาดเล็กและเชื่อถือได้มากขึ้น ได้นำมาใช้ตัวติดต่อทรงถ้วยที่มีสนามแม่เหล็กตามยาวพร้อมขดลวดและแกนเหล็ก ไม่เหมือนกับสนามแม่เหล็กตามขวาง สนามแม่เหล็กตามยาวเพิ่มกระแสเปลี่ยนจากอาร์คกระจายไปเป็นอาร์คแคบ มอบการสึกหรอทางไฟฟ้าน้อยลง อายุการใช้งานยาวนานขึ้น และความสามารถในการตัดวงจรที่ดีกว่า สนามแม่เหล็กหมุนที่เกิดจากไฟฟ้าสลับสามเฟสผสมกับสนามแม่เหล็กตามยาวของตัวติดต่อทรงถ้วยเพื่อสร้างกระแสวนที่ลดแรงดันอาร์คและกระจายอาร์คให้สม่ำเสมอทั่วพื้นผิวแอโนด การออกแบบนี้เพิ่มความสามารถในการตัดวงจรลัดวงจรจาก 20kA เป็น 25kA ที่ปริมาณเท่ากัน

1.3 กลไกการทำงานของสวิตช์

กลไกการทำงานของสวิตช์ติดตั้งโดยตรงบนหน้าถังฉนวน ขับเคลื่อนสวิตช์วงจรสุญญากาศและสวิตช์แยกสามตำแหน่งผ่านการเชื่อมต่อแกนโดยตรงโดยไม่มีส่วนกลาง การออกแบบนี้ลดเวลาในการเปิดสวิตช์วงจรสุญญากาศเพื่อป้องกันการสึกหรอของตัวติดต่อ กลไกสนับสนุนการทำงานทั้งด้วยมือและไฟฟ้าโดยใช้หลักการคลัทช์ล้นสำหรับการสะสมพลังงาน สวิตช์แยกสามตำแหน่งใช้การขับเคลื่อนด้วยสปริงบิดพร้อมการออกแบบหมุนโคแอ็กซิลเพื่อรับประกันการทำงานพร้อมกันของสามเฟสและประสิทธิภาพของสวิตช์ต่อพื้น รูทำงานคู่แยกการควบคุมฟังก์ชันต่อพื้นและแยก

1.4 วงจรหลัก

วงจรหลัก—ประกอบด้วยชุดขั้วสายเคเบิล, ใบกั้น, ตัวติดต่อสวิตช์สุญญากาศ, การเชื่อมต่อแบบยืดหยุ่น, และบัส—ถูกผนึกภายในถังเหล็กกล้าโดยใช้ซีลขอบสำหรับส่วนเคลื่อนที่และโอริงสำหรับการผนึกคงที่ บรรจุก๊าซไนโตรเจนหรืออากาศแห้งที่ความดัน 0.02 MPa การออกแบบรวมตามยาวของสวิตช์แยกสามตำแหน่งและสวิตช์วงจรสุญญากาศช่วยให้สามารถถอนออกเป็นโมดูลได้ ระยะห่างระหว่างเฟสได้รับการรักษาไว้ที่ 150mm เพื่อรับประกันการฉนวนที่เหมาะสม ปลายสวิตช์สุญญากาศทำหน้าที่เป็นศูนย์กลางการหมุนของใบกั้น โดยใช้แขนเลเวอร์พลาสติกทรง Z แปลงการเคลื่อนที่ของกลไกการทำงานเป็นการเคลื่อนที่ของตัวติดต่อ

1.5 ถังก๊าซและสายการผลิต

การออกแบบถังก๊าซเน้นการผลิตที่แม่นยำและความแนบสนิท การตัดด้วยเลเซอร์รับประกันส่วนประกอบเหล็กกล้าไร้สนิมที่ไม่มีขอบคม ในขณะที่การเชื่อมด้วยหุ่นยนต์รับประกันความสมบูรณ์ของตะเข็บและความแข็งแรงเชิงกล สายการผลิตใช้การจัดวางแบบเส้นตรงพร้อมรถขนส่งที่เคลื่อนที่ระหว่างสถานีทำงานเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพในการทำงาน

2 การวิเคราะห์ฉนวน

2.1 ฉนวนสวิตช์แยกสามตำแหน่ง

การออกแบบสวิตช์แยกสามตำแหน่งแบบสวิตช์ใบมีดให้จุดตัดที่มองเห็นได้และต่อพื้นที่เชื่อถือได้ การใช้วัสดุไนลอนความแข็งแรงสูงสำหรับแกนหมุนและฝาครอบปรับความเท่าเทียมกันจากอะลูมิเนียมบนหัวใบกั้นเพิ่มความสม่ำเสมอของสนาม การจำลองและการทดสอบยืนยันว่าประสิทธิภาพฉนวนสามารถทนแรงดันกระแทกฟ้าผ่า 90kV

2.2 ฉนวนทั่วไปต่อพื้น

การวิเคราะห์เน้นที่พื้นที่สำคัญ: ระยะห่างระหว่างเฟสและระหว่างเฟสกับถัง (ระยะห่างศูนย์กลางขั้นต่ำ 125mm) และส่วนประกอบฉนวน การวางฉนวนแข็งในพื้นที่สนามสูงและฉนวนก๊าซในพื้นที่สนามต่ำเพื่อปรับปรุงการกระจายสนาม มาตรการเพิ่มเติมรวมถึงการห่อหุ้มตัวติดตอด้วยอีพ็อกซี่ การปรับปรุงวัสดุของแขน Z แท่งฉนวนใย และฝาครอบป้องกันที่การเชื่อมต่อบัสเพื่อป้องกันการสะสมของสนาม

3 สรุป

อุปกรณ์วงจรริงหลักที่ใช้ก๊าซเป็นฉนวนมีความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมใหม่รวมการดับอาร์คด้วยวัสดุสุญญากาศและฉนวนกันความร้อนจากก๊าซที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม มีคุณสมบัติการปิดผนึกอย่างสมบูรณ์ การทำงานโดยไม่ต้องบำรุงรักษา ขนาดเล็ก และฉนวนกันความร้อนเต็มรูปแบบ ส่วนประกอบแรงดันไฟฟ้าสูงทั้งหมดถูกปิดผนึกไว้ภายในถังสแตนเลส ทำให้เหมาะสมสำหรับการใช้งานภายนอกและภายใน รวมถึงสถานีสวิตช์ ห้องกระจายพลังงาน และสถานีไฟฟ้าแบบตู้ ออกแบบมาสำหรับระบบไฟฟ้าสามเฟส AC 50Hz 12kV ให้การกระจายพลังงานที่เชื่อถือได้สำหรับการใช้งานในบ้าน ทางธุรกิจ อุตสาหกรรม การขนส่ง และโครงสร้างพื้นฐาน โดยมีคุณสมบัติความน่าเชื่อถือ ความปรับตัวต่อสภาพแวดล้อม และความปลอดภัยที่ยอดเยี่ยม