Проектування нової 12кВ екологічно чистої газонаповненої кільцевої головної установки

1. Специфічний дизайн

1.1 Концепція дизайну

Корпорація Державної мережі Китаю активно сприяє енергозбереженню та низьковуглецевому розвитку мереж для досягнення національних цілей пікового викиду вуглекислого газу (2030) та нейтралізації (2060). Екологічно чисті газові кільцеві головні є прикладом цієї тенденції. Новий інтегрований екологічно чистий газовий кільцевий головний блок напруги 12 кВ був спроектований з поєднанням технології вакуумного переривача з трьома позиціями відключувачів та вакуумними автоматичними вимикачами. Дизайн використовував SolidWorks для 3D-моделювання з модульною структурою (газова камера, камери зниження тиску, корпус, інструментальні кімнати). Блок складається з окремих металевих закритих камер (камера механізму, камера вимикача, камера кабелю, камера приладів), кожна з яких має незалежні канали зниження тиску. Дизайн підтримує как конфігурації окремих блоків, так і спільні коробки.

1.2 Інтеграція відключувача з трьома позиціями та вакуумного автоматичного вимикача 

Інтеграція відключувача з трьома позиціями та вакуумного автоматичного вимикача є ключовою для цього дизайну, що складається з пов'язаних верхніх відключувачів з трьома позиціями та нижніх двопозиційних пристроїв автоматичного вимикача. Відключувач з трьома позиціями функціонує в позиціях заземлення, замкнутості та ізоляції, а автоматичний вимикач функціонує у станах відкриття/замкнення. Рама підтримки леза ізоляції використовує матеріал з високою міцністю нейлону з хорошою міцністю та термостійкістю. Технологія дискових пружин Mubea забезпечує контактне тиск. 

Рівномірна кришка на рухомих контактах забезпечує рівномірність електричного поля та зменшує локальний розряд. Ізоляційні кришки на трифазних втулках підвищують міжфазну ізоляцію. Під час тестування багато оптимізацій забезпечили правильні механічні характеристики (глибина зачеплення, подскок, синхронізація три фаз, швидкість роботи). Вакуумний автоматичний вимикач має твердо запечатані стовпчики, які монтируются на чотирьох болтах. 

Термінал вакуумного переривача служить центром обертання для леза відключувача, з Z-подібною пластиковою ручкою, яка використовує принцип важеля для роботи. Медні шини з вулканізованими поверхнями з'єднують нижні термінали автоматичного вимикача. Як показано на рисунку 1, цей інтегрований дизайн визнає вакуумний переривач як ключовий компонент, який визначає загальну надійність, з конструкцією контакту та методом гасіння дуги, як критичними елементами дизайну.

Для досягнення мініатюрності та покращення надійності було реалізовано продовжувані магнітні поля чашеподібних контактів з катушками та сердечниками. На відміну від поперечних магнітних полів, продовжувані поля збільшують перехідний струм від розсіяного до обмеженого дугового режиму, що забезпечує мінімальну електричну витривалість, продовжену службу та вищу здатність розриву. Обертове магнітне поле, створене трифазним альтернативним струмом, поєднується з продовжуваним полем чашеподібного контакту, формуючи вихрові струми, які зменшують напругу дуги та розподіляють дугу рівномірно по поверхні анода. Цей дизайн збільшує здатність розриву короткого замикання з 20 кА до 25 кА при однаковому об'ємі.

1.3 Механізм управління комутатором

Механізм управління комутатором, встановлений безпосередньо на передній частині ізоляційного резервуара, приводить в рух як вакуумний автоматичний вимикач, так і відключувач з трьома позиціями через прямі з'єднання валів без проміжних компонентів. Цей дизайн мінімізує час відкриття вакуумного автоматичного вимикача, щоб запобігти ерозії контактів. Механізм підтримує як ручне, так і електричне управління з накопиченням енергії за принципом перебільшеного муфту. Відключувач з трьома позиціями використовує пружинний привід з крутим моментом з коксіальним проектом, що забезпечує синхронізацію три фаз та надійну роботу заземлювального вимикача. Його дві оперативні отвори окремо керують функціями заземлення та ізоляції.

1.4 Основний контур 

Основний контур, що складається з втулок кабелю, лез відключувача, контактів вакуумного переривача, гнучких з'єднань та шин, уплотнюється всередині нержавіючого резервуара за допомогою уплотнень губи для динамічних частин та O-образних кілець для статичної герметизації, заповнених азотом або сухим повітрям під тиском 0,02 МПа. Інтегрований продовжуваний дизайн відключувача з трьома позиціями та вакуумного автоматичного вимикача дозволяє модульне вилучення. Відстань між фазами підтримується на рівні 150 мм для правильного утеплення. Термінал вакуумного переривача служить центром обертання для леза відключувача, з Z-подібними пластиковими ручками, які переводять рух механізму управління на рух контакту.

1.5 Газовий резервуар та виробничий лінійний потік

Дизайн газового резервуару приділяє перевагу точному виробництву та герметичності. Лазерна різка забезпечує відсутність заусенців на компонентах з нержавіючої сталі, а роботизована сварка гарантує цілісність швів та механічну міцність. Виробництво використовує лінійну компонування з транспортними засобами на колії, які переміщуються між робочими станціями для оптимізації ефективності роботи.

2 Аналіз ізоляції 

2.1 Ізоляція відключувача з трьома позиціями

Дизайн відключувача з трьома позиціями типу ножових переривачів забезпечує видимі точки роз'єднання та надійне заземлення. Використання матеріалу з високою міцністю нейлону для обертового валу та алюмінієвих рівнівних кришок на головках лез підвищує рівномірність поля. Моделювання та тестування підтвердили, що ізоляційна продуктивність витримує 90 кВ імпульсну напругу від блискавки.

2.2 Загальна ізоляція заземлення

Аналіз був зосереджений на ключових областях: відстані між фазами та відстані між фазами та резервуаром (мінімум 125 мм від центру до центру), а також ізоляційних компонентів. Стратегічне розташування твердої ізоляції в областях з високим полем та газової ізоляції в областях з низьким полем оптимізує розподіл поля. Додаткові заходи включають епоксидне капсулювання контактів, покращення матеріалів Z-ручки, волоконні ізоляційні стержні та екрануючі кришки на з'єднаннях шин, щоб запобігти концентрації поля.

3 Висновок 

Новий екологічно чистий газозаповнений кільцевий головний вузол поєднує вакуумне гасіння дуги з екологічно чистим газовим заповнювачем, маючи повне уплотнення, безпідтримкову роботу, компактні розміри та повне узеловання. Всі високовольтові компоненти уплотнені в нерухомому сталевому резервуарі, що робить його прийнятним для використання на відкритому повітрі та в приміщенні, включаючи комутаційні станції, роздільні камери та коробчасті підстанції. Призначений для трьохфазних систем AC 50Гц, 12кВ, він забезпечує надійне розподілення електроенергії для житлових, комерційних, промислових, транспортних та інфраструктурних застосувань з відмінними характеристиками надійності, адаптації до середовища та безпеки.