Yüksək Çıxışlı Ayalarda Optimizasiya Edilmiş Gaz Doldurulmuş Kommutator Tərtibatı Dezayn
Qazıya məhğul olan zəncirli şəbəkə vahidləri, orta voltajlı elektrik dəstribusiya avtomatlaşdırma sistemləri üçün uyğun və genişlənə bilən switç qablaşdırmasıdır. Bu cihazlar 12~40.5 kV zəncir şəbəkə enerji təminatı, ikiqat radiusal enerji təminat sistemi və terminal enerji təminatında istifadə olunur, elektrik enerjisi üçün idarəetmə və himayə cihazları kimi xidmət edirlər. Onlar da pad-mounted substation-larda quraşdırılaraq istifadə oluna bilərlər.
Elektrik enerjisinin paylanmasını və planlaşdırmasını təmin edərək, bu cihazlar enerji sistemlərinin stebil işləməsini təmin edirlər. Bu cihazların əsas komponentləri, kontaktlayıcılar və ya yük switçləri və füzların birləşmələri kimi istifadə olunur, bu onlara sadə struktur, kiçik ölçülər, aşağı qiymət, enerji təminat parametrlərinin və performansının yaxşılaşması, enerji təminatının təhlükəsizliyinin artırılması kimi üstünlüklər verir. Onlar şəhərlik məskün layihaları, yüksək binalar, böyük icra etmə obyektləri və endirsiyaya müxtəlif pad-mounted substation-larda geniş şəkildə istifadə olunur. Çoxsaylı izolyasiya qazları, SF₆, quru hava, azot və ya qarışıq qazlar kimi, izolyasiya ortamı kimi istifadə olunur, bu, yüksək izolyasiya performansı və çevrəvi imkanlar təmin edir, nəticədə elektrik sistemlərində geniş yayılmışdır.
Bu növ zəncirli şəbəkə vahidinin əsas komponentləri, izolyasiya qazı (burada "qaz kompartimenti" adlandırılır) ilə doldurulmuş mühürənmiş qapalı rezervuar içində quraşdırılır. Qaz kompartimenti, qazla izolyasiya edilmiş zəncirli şəbəkə vahidinin əsas komponentidir. Onun əsas funksiyası, daxili yüksək voltajlı komponentlərin, zənginlik, rütubət və korroziya kimi xarici mühit faktorlarına təsirlənmədən işləməsinə zəmanət verməkdir. Bu, eyni zamanda komponentlərin işləmə mühitini və normal elektrik performansını təmin edir. Bütün daxili komponentlər mühürlənmiş qaz kompartimentinin himayəsi altında qalır. Kompartimənt, qaz tərkibinin nisbəti və ya qaz çəkirliyi izləmə cihazları, məsələn, qazmetr və ya çəkirlik göstəriciləri ilə təchiz edilmişdir, bu, adətən kompartiməntin daxili və xarici hissəsi arasındakı təzyiq fərqini ölçür.
Bu məqalə, qazla izolyasiya edilmiş zəncirli şəbəkə vahidinin mekaniki və elektrik performansına təsir edən problemləri, yüksək altıtaqlı mühitlərdə öyrənir.
1. Qazla izolyasiya edilmiş zəncirli şəbəkə vahidinin ümumi yüksək altıtaqlı dizayn şemaları və mövcud problemlər
Qazla izolyasiya edilmiş zəncirli şəbəkə vahidleri tam izolyasiya dizaynı ilə təchiz edilmişdir, onların əsas konduktiv dairələri, mühürlənmiş qaz kompartimenti, tam izolyasiya edilmiş giriş/çıxış bushingləri və tam izolyasiya edilmiş kabel sonları ilə təchiz edilmiş tam izolyasiya sistemi ilə əhatə olunmuşdur. Qaz kompartimenti daxili mühiti xarici şərtlərə təsir almadığından, qaz çəkirliyi və rütubəti sabit qalır. Teorik olaraq, izolyasiya performansi, rütubət, zənginlik və ya korroziya qazları kimi xarici faktorlardan asılı deyil. Epoxy reza və silikon lastik kimi izolyasiya materiallarından hazırlanmış bushinglər və kabel sonlarının izolyasiya performansı da xarici mühittən asılı deyil. Superficial olaraq, adi dizayna malik qazla izolyasiya edilmiş zəncirli şəbəkə vahidləri, plato mühitlərinə uyğun görünür, bu səbəbdən bir çox istehsalçılar, onların yüksək altıtaqlı əməliyyat tələblərini ödəyirdilər və onları doğrudan belə sahələrdə tətbiq edirlər.
Hazırda, qazla izolyasiya edilmiş zəncirli şəbəkə vahidinin yüksək altıtaqlı mühitlərdə tətbiqində iki əsas texniki şema istifadə olunur:
1.1 Doğrudan yüksək altıtaqlı sahələrdə tətbiq
Dizayn Konsepsiya: Bu yanaşma, əsas konduktiv dairənin tam izolyasiya sistemi (mühürlənmiş qaz kompartimenti, tam izolyasiya edilmiş bushinglər və kabel sonları) ilə tam əhatə olunduğu prinsipinə dayanır, bu, izolyasiya performansının yüksək altıtaqlı şərtlərdən asılı olmamasını təmin edir.
Mövcud Problemlər: Faktiki əməliyyatda, yüksək altıtaqlı sahələrdəki xarici atmosfer təzyiqinin azalması, qaz kompartimenti daxili və xarici hissəsi arasındakı təzyiq fərqini artırır. Bu, kompartiməntin nəticədə böyük deformasiyağa səbəb olur, kontaktlayıcılar və ayırdıcılar kimi elektrik komponentlərinin mekaniki performansını təsirləyir. Bu, əməliyyatda blokaj və mekaniki xüsusiyyətlərin dəyişməsinə səbəb ola bilər.
1.2 Fabrika qaz təzyiqini azaltmaq
Dizayn Konsepsiya: Yüksək altıtaqlı sahələrdə artan daxili-xarici təzyiq fərqini həll etmək üçün, bu şema fabrikada kompartiməntin daxili qaz təzyiqini azaldır. Cihaz yüksək altıtaqlı sahələrə çatdıqda, azalan atmosfer təzyiqi, təzyiq fərqini texniki spesifikasyonlar tərəfindən tələb olunan dəyərə çatdırır, bu, təzyiq göstəricisinin tələb olunan əməliyyat təzyiqini göstərir.
Mövcud Problemlər: Bu dizayn, kompartiməntin daxili qaz çəkirliyini effektiv olaraq azaldır. Hələ də, təzyiq göstəricisi yüksək altıtaqlı sahələrdə dizayn edilmiş dəyəri göstərsə də, qazların izolyasiya performansı, Paschen qeyri-nəqli (Alman fizikçi Friedrich Paschen tərəfindən formalaşdırılmış) tərəfindən qaz çəkirliyinə aid olur (Şəkil 1). Paschen qeyri-nəqli, Paschen qanunu ilə əldə edilmiş funksiyanı çəkir, onun fiziki mənası: aralığın parlatma təzyiqi U (kV), elektrod məsafəsi d (sm) və qaz təzyiqi P (Torr) hasilinin funksiyasıdır, U = apd / [ln(Pd) + b] kimi ifadə olunur (Şəkil 1), burada a və b sabitlərdir.
Qeyri-nəqliyin əsas mühümliyi: sabit izolyasiya məsafəsi üçün, təzyiqi artırmaq və ya vakuum (məsələn, 10⁻⁶ Torr) kimi azaltmaq, aralığın parlatma təzyiqini artırır. Vakuum təzyiqinə yaxın olarkən, azalan vakuum səviyyəsi (yəni hava çəkirliyinin artırılması) elektodlar arasında elektrik parlamasını daha asan edir. Belə bir təzyiq limitindən sonra, izolyasiya performansı təzyiqin artmasından asılı olaraq yavaş-yavaş yaxşılaşır. Bu fazada (Şəkil 1-də a nöqtəsindən sonra), təzyiqi və dolayısıyla qaz çəkirliyini azaltmaq, parlatma təzyiqini azaltır, bu, izolyasiya performansının azalmasına səbəb olur. Qazla izolyasiya edilmiş zəncirli şəbəkə vahidinin əməliyyat təzyiqi aralığı, bu bölgəni tamamilə özündə saxlayır (Şəkil 1-də a nöqtəsindən sonra).
1.3 Adi yüksək altıtaqlı dizaynlardan gələn problemlərin ümumi öyrənilməsi
Qaz kompartimenti daxili və xarici hissəsi arasındakı təzyiq fərqinin artması, kompartiməntin daha böyük deformasiyasına səbəb olur, bu, switçlərin mekaniki əməliyyatını və performansını təsirləyir.
Daxili-xarici təzyiq fərqinin artması şərtlərində, təzyiq azalma cihazları daha çox aktivləşir.
Təzyiq göstəriciləri qaz şəbəkəsinin daxili və xarici arasındakı nisbi təzyiq fərqini ölçür. Qaz çökmə göstəriciləri təzyiq göstəricilərinə temperatur kompensasiya funksiyasını əlavə edir. Hər ikisi yüksək hündürlüklərdə şəbəkənin daxilindəki aktual qaz çökməsini dəqiq göstərməyənə qədər, qaz çökməsi intrinsik olaraq izolyasiya performansına bağlıdır.
Yüksək hündürlüklərdə atmosfer çökməsinin azalması, eyni zamanda qaz şəbəkəsinin xarici izolyasiya komponentlərinin ümumi izolyasiya performansını da zədələyir.
2. Yüksək Hündürlüklər üçün Qazla İzoletilmiş Dairəvi Baş Ana Cihazların Layihə Şeması
Yuxarıda verilən təhlilə əsasən, qazla izoletilmiş dairəvi baş ana cihazların (baş mühərrik ləngərçiliklərinin tamamilə qapalı qaz şəbəkələri, tamamilə izoletilmiş bushinglər və tamamilə izoletilmiş kabel terminalları ilə örtülü) tam izolasiya strukturu nəzəri olaraq izolasiya performansını saxlayır, amma yüksək hündürlüklərdə ortaya çıxan faktorlar tərəfindən təsirlənir: qaz şəbəkəsindəki daxili-xarici təzyiq fərqi artım, şəbəkənin daxilindəki izolyasiya qaz çökməsinin azalması və dəqiq qaz çökmə göstərişi tələbi. Bu səbəbdən, yüksək hündürlüklər üçün qazla izoletilmiş dairəvi baş ana cihazların layihə mərhələsi, qaz şəbəkələrinin və təzyiq azaltıcı cihazın layihəsində, yüksək hündürlüklər üçün mühit tələblərinə cavab verməkdə və yüksək hündürlüklərdə xarici izolyasiya komponentlərinin azalan ümumi izolasiya imkanlarını həll etməkdə gizilir.
2.1 Yüksək Hündürlüklər üçün Qaz Şəbəkəsi və Təzyiq Azaltıcı Cihazın Layihəsi
Bu texniki problemləri həll etmək üçün bu məqalə yüksək hündürlüklər üçün yeni bir layihə konsepsiyası təklif edir, ki, sadəcə təzyiq azaltma istifadə edən və ya xüsusi layihəsi olmayan adi cihazlardan fərqlidir. Bu dairəvi baş ana cihaz aşağıdakı aspektlərdə hedefli layihələndirilib:
(1) Qaz Şəbəkəsinin Strukturlarının Güclüyünü Artırma
Yüksək hündürlüklərdə yaranan daxili-xarici təzyiq fərqini mübarizə edə bilmək üçün, qaz şəbəkəsinin strukturlarının gücü artırılır. Bu, yüksək hündürlüklərdə qaz şəbəkəsinin deformasiyanın texniki spesifikasyonların daxilində qalmasını və onun içindəki yüksək təzyiq komponentlərinin mekaniki performansının etkilənməsini təmin edir.
Beynəlxalq Standart Atmosfer modelinə görə, verilmiş hündürlükdə standart atmosfer təzyiqi aşağıdakı formulayla hesablanabilir:
P = P₀ × (1 – 0.0065H/288.15)^5.256
burada P verilmiş hündürlükdəki atmosfer təzyiqidir; P₀ dəniz səviyyəsindəki standart atmosfer təzyiqidir; H hündürlükdür.
4000 m hündürlüyü nümunə olaraq:
P = P₀ × (1 – 0.0065 × 4000 / 288.15)^5.256 ≈ 0.064 MPa.
Adi 10 kV SF₆ qazla izoletilmiş dairəvi baş ana cihaz nümunəsi ilə, qaz şəbəkəsinin layihə təzyiqi yüksək hündürlüklər olmayan sahələrdə adətən 0.07 MPa-dır. Yüksək hündürlüklərdə atmosfer təzyiqinin azalmasına diqqət yetirərək, 4000 m hündürlükdə qaz şəbəkəsinin faktiki layihə təzyiqi aşağıdakı kimi hesablanır:
P₁ = P₀ – 0.064 + 0.07 = 0.107 MPa.
(2) Yüksək Hündürlüklər Üçün Təzyiq Azaltıcı Cihazın Layihəsi
Ən son milli standart GB/T 3906—2020 "Üstü 3.6 kV və 40.5 kV daxil olmaqla olan AC metal kaplı switchgear və kontrol cihazları", 7.103 hissəsində qazla izoletilmiş dairəvi baş ana cihazların qaz şəbəkəsinin layihə təzyiqinin (P₁) 1.3 dəfəsi təzyiqi 1 dəqiqə davam edən təzyiq azaltıcı cihaz aktivləşməsiz dayandığını tələb edir. Təzyiq, layihə təzyiqinin 1.3 dəfəsi (P₁) və 3 dəfəsi (P₂) arasında davam edərsə, təzyiq azaltıcı cihaz aktiv ola bilər. Bu, təsisatın layihə spesifikasyonlarına uyğun olması halında qəbul edilir. Sınaqdan sonra, qaz şəbəkəsi deforme ola bilər, amma parçalanmamalıdır.
Qaz şəbəkəsinin və təzyiq azaltıcı cihazın gücünü bu tələblərə əsasən layihələndirmək, milli standartlara cavab verir. Farklı hündürlüklər üçün qaz şəbəkələri və təzyiq azaltıcı cihazlar bu metod ilə hesablana və layihələndirilə bilər:
P₁ = 0.107 × 1.3 = 0.139 MPa
P₂ = 0.107 × 3 = 0.321 MPa
Qaz şəbəkəsinin strukturlarının güçlülüyünü artırmaq - daha qalın çelik plakaların və ya stifenatorların əlavə edilməsi kimi - yüksək hündürlüklərdə daxili-xarici təzyiq fərqinin artması tərəfindən təsirlənən qaz şəbəkəsinin güc tələblərini tamamilə ödəyir. Bu, qaz şəbəkəsinin daxilindəki yüksək təzyiq dövlətlərinin deformasiyasından mekaniki və elektrik performanslarının təsirlənməsini önləyir, nominal qaz təzyiqində istikrarlı işləməsini təmin edir və düzələr sahələrdə kimi yüksək hündürlüklü mühitlərdə eyni mekaniki və elektrik performansı təmin edir.
Layihə hesablamaları və təcrübələr vasitəsiylə, təzyiq azaltıcı diafragmanın qalınlığını və gücünü artırmaq, onun təzyiq dayanma qabiliyyətini artırır. Bu, qaz şəbəkəsinin təzyiq azaltma aralığının təyin edilən təzyiq aralığı tələblərinə uyğun olduğundan, yüksək hündürlüklü mühitlərdə daxili-xarici təzyiq fərqinin artmasından təzyiq azaltıcı cihazın erkin aktivləşməsini önləyir. Bu, daxili izolasiya səviyyəsini saxlayır və dairəvi baş ana cihazın elektrik performansını təmin edir.
2.2 Yüksək Hündürlüklər Üçün Qaz Çökmə Göstərici Cihazın Layihəsi
İzolyasiya qaz çökmə göstərici cihazı qapalı tip çökmə göstərici ilə təmin edilir. Onun göstərici dəyəri temperatur dəyişikliklərinə və xarici atmosfer təzyiqi dəyişikliklərinə təsir almir.
Yüksək hündürlüklü qazla izoletilmiş dairəvi baş ana cihazlar üçün, qaz şəbəkəsi üçün seçilmiş çökmə göstərici, temperatur və hündürlük effektinə məruz qalmayan qapalı tip bütün şərtlər üçün çökmə göstəricidir. Onun iş prinsipi, çökmə göstəricinin içindəki kompensasiya elementi vasitəsilə temperatur kompensasiya (temperatur tərəfindən təsir almayan) imkanını təmin edir. Eyni zamanda, göstərici başlığı standart atmosfer təzyiqini saxlayan qapalı şəkildədir. Çökmə göstəricinin göstərdiyi təzyiq dəyəri, qaz şəbəkəsinin daxili və standart atmosfer təzyiqi arasındakı təzyiq fərqini təmsil edir.
Bu dizayn, qaz kompartmanında qurulan sıxlıq ölçənin göstəricisinin həmişə kompartmandakı faktiki qaz sıxlığına dəqiqliklə uyğun olmasına təmin edir. Göstərilən qiymət temperatur və yüksəklikdən asılı olmayaraq eyni qalır, bu da yüksəkliklərdə işləmə tələblərinə tam uyğundur.2.3 Yüksəkliklər üçün Qazla dolu Dairəvi Ana Blokun Tam İzlənmiş İçeçilərinin Dizaynı
Yüksəkliklər, qaz kompartmanını və ölçmə alətlərini etkileyərək, giriş/çıxış xətti içeçiləri və kabl şəbəkə sonları kimi tam izolasiyalı dış hissələrə də təsir edir. Bu tam izolasiyalı dış hissələrin izolasiya performansı, izolasiya materyalinin izolasiya gücü və yerə nisbətən sürüşmə izolasiya gücü ilə bağlıdır. Yüksəkliklərdə, havanın sıxlığının azalması, yerə nisbətən sürüşmə izolasiya gücünü azaldır. Praktik tətbiqdə, adi dizayn olan qazla dolu dairəvi ana bloklar, yüksəkliklərdə quraşdıqdan sonra (məsələn, izolasiya içeçilərləri və ya üst- genişlənən şina hatları) dış izolasiya hissələri üçün enerji dəyişməsinə dayanan dayanıklılıq testindən keçə bilmir.
Bunun üzərində, bu məqalə, yüksəkliklər üçün qazla dolu dairəvi ana blokun tam izolasiyalı içeçiləri üçün yeni bir dizayn şeması təklif edir: bu izolasiya hissələrinin dış səthində yerdən qoruyucu bir zərəf çatısı əlavə etmək. Bu dizayn, elektrik sahəsinin bərabərsizliyini artırır və ana şina hatlarından yere qoruyucu buraxılmasından qoruyur.
Tibetin Nagqu şəhərindəki bir 10 kV xarici kəsici istasyonu layihəsində, bir şirkət qəbul testləri zamanı ehtiyac olan cihazın yere nisbətən sadece 29 kV/1 dəqiqə enerji dəyişməsinə dayanan dayanıklılıq testindən keçə bilirdi. Giriş/çıxış içeçilərinin və qaz kompartmanının xarici şina hatlarının dış izolasiyasına yerdən qoruyucu bir zərəf çatısı əlavə etdikdən sonra, təchizat, yere nisbətən 42 kV/1 dəqiqə enerji dəyişməsinə dayanan milli standart tələbindən keçdi.
2.4 Texniki Nöqtələrin Xülasəsi
Yüksəkliklər üçün qazla dolu izolasiyalı dairəvi ana blokun əsas dizayn nöqtələri aşağıdakılardır:
Daima qaz kompartmanının struktural gücünü, demir plakanın qalınlığını artırmaqla və ya qidalama əlavə edərək, yüksəkliklərdə artırılan daxili-xarici təzyiq fərqindən nəticə olaraq tələb olunan təzyiq dayanım aralığı və deformasiya limitlərinə uyğun olmaq.
Qaz kompartmanının təzyiq azaldıcı cihazının təzyiq azaldıcı membranının gücünə dizayn etmək. Gücləndikdən sonra, yüksəkliklərdə artırılan daxili-xarici təzyiq fərqindən nəticə olaraq, təzyiq azaldıcı cihazın tələb olunan təzyiq dayanım aralığı tələblərinə uyğun olur.
Təzyiq göstərici cihazları üçün bağlanmış növ sıxlıq ölçələrini tətbiq etmək. Göstərilən qiymətlər temperatur və xarici atmosfer təzyiqi dəyişikliklərindən asılı olmayaraq eyni qalır, bu da onları yüksəkliklər üçün uyğun edir.
Qaz kompartmanının xarici izolasiya hissələrinin dış səthinə yerdən qoruyucu zərəf çatısının dizaynını etmək, bu elektrik sahəsinin bərabərsizliyini artırır və ana şina hatlarından yere qoruyucu buraxılmasını önələyir.
3. Yüksəkliklər üçün Qazla Dolu Dairəvi Ana Blokun Dizaynın Mühümliyi
Bu dizayn şeması, həqiqətən yüksəkliklər üçün işləmə tələblərinə cavab verən qazla dolu dairəvi ana bloklar təmin etmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Qaz kompartmanının gücünü artırmaqla, təzyiq azaldıcı cihazların təzyiq dayanım imkanlarını yenidən inkişaf etdirərək, daxili qaz sıxlığını dəqiqliklə ölçmək və ilgili izolasiya hissələrinin riyazi dizaynını etməklə, dairəvi ana blok, yüksəkliklər üçün tam texniki adaptivliyi əldə edir. Bu, dairəvi ana blokun mexaniki və elektrik performansını təmin edir və qazla dolu dairəvi ana blokların yüksəkliklərdə normal işləməsinə imkan verir.
Çin'in yüksəkliklər bölgələri genişdir, bu da yüksəkliklər üçün adaptiv olan enerji təchizatı üçün böyük tələb yaradır. Məhsul dizaynının standartlaşdırılması və riyaziyyəti acil olaraq iyiləşdirilməlidir. Yüksəkliklər bölgələrindəki faktiki çevrə dəyişiklikləri, məhsul dizaynına yeni tələblər qoyur. Bu texniki şema, yeni bir dizayn nəzəriyyəsi və metodologiyası təklif edir, bu, mənası olan bir araşdırma təqdim edir.
