Жоғары деңгіз жөніндегі оптимизделген газмен толтырылған коммутациялық кабина дизайні

Газ-қорғаулы айналмалы бөлшектер - орта напруга энергия үтірлерінің автоматтандыруына ыңғайлы және кеңейтілетін шекаралық коммутациялық түйінділер. Бұл құрылғылар 12~40.5 кВ айналмалы желілерде, екі жолмен электр энергиясын қамтамасыз ету жүйелерінде және соңғы қабатта қолданылады, электр энергиясын басқару және қорғау құрылғылары ретінде қызмет етеді. Олар пад-модулдік трансформатордық станцияларда орнатуға да ыңғайлы.

Электр энергиясын үлестіру және басқару арқылы, олар энергия үтірлерінің стабилді қызмет етуін қамтамасыз етеді. Бұл құрылғылардың негізгі компоненттері – автоматты апараттар немесе нагрузка апараттары мен қышқылдардың комбинацияларын қолданады, құрылымы қарапайым, өлшемі кішкентай, бағасы төмен, энергия үтірлерінің параметрлері мен қызмет ету сапасы жақсартылады, қызмет ету қауіпсіздігі де артады. Олар қала жерлеріндегі қонақүйлер, жоғары құрылыстар, үлкен жалпы қызметкерлер және промышлендік құрылымдар сияқты нагрузка центрлеріндегі распределюторлық станцияларда және пад-модулдік трансформатордық станцияларда кеңінен қолданылады. СФ₆, күміс су, азот немесе міндетті газдар сияқты әртүрлі газдар изоляциялық медиа ретінде қолданылады, жоғары изоляция сапасы және экологиялық пайданы ұсынады, бұл олардың энергия үтірлерінде кеңінен қолданылуына ыңғайлы болады.

Бұл түрдегі айналмалы бөлшектердің негізгі компоненттері газ (келесінде «газ камерасы» деп аталады) арқылы толтырылған жабық жабылған балықта орнатылады. Газ камера - газ-қорғаулы айналмалы бөлшектердің негізгі компоненті. Оның негізгі функциясы - ішкі жогары напруга компоненттерін тыңдалу, сыртқы ағын, қыршақтық және коррозия сияқты сыртқы аймақтың факторлары тарабынан әсер етпейтіндігін қамтамасыз ету. Бұл өзара құрылғылардың қызмет ету аймағын және нормалды электр техникалық қызмет ету сапасын қамтамасыз етеді. Барлық ішкі компоненттер жабық газ камерасы арқылы қорғалады. Камераның ішкі және сыртқы аймақтары арасындағы қысым же газ тығыздығын өлшеу құрылғылары, мысалы, қысым саны немесе тығыздық өлшері, қосылатады.

Бұл мақала негізінен дәңгөл аймақтардағы айналмалы бөлшектердің механикалық және электр техникалық қызмет ету сапасына әсер етуін қарастырады.

1. Газ-қорғаулы айналмалы бөлшектер үшін кеңінен қолданылатын дәңгөл аймақтардағы проектирование схемалары және бар болатын проблемалар

Газ-қорғаулы айналмалы бөлшектер толығымен изоляцияланған дизайнға ие, олардың негізгі электр құбылыстары газ камерасы, толығымен изоляцияланған және толығымен изоляцияланған кабельдік аяқтары арқылы ішкі және сыртқы құбылыстар толығымен изоляцияланған системамен қоршалған. Газ камерасының ішкі аймағы сыртқы аймақтардың құбылыстарына әсер етпейтіндіктен, газ тығыздығы және қыршақтығы тұрақты қалады. Теориялық түрде, изоляция сапасы сыртқы аймақтардың құбылыстарына, мысалы, қыршақтық, тыңдалу немесе коррозиялық газдарға әсер етпейді. Сонымен қатар, эпоксид полиэфир және силікон каучук сияқты изоляциялық материалдардан жасалған бушингтер мен кабельдік аяқтардың изоляция сапасы да сыртқы аймақтардың құбылыстарына әсер етпейді. Денсаулықтан, әдетте қолданылатын газ-қорғаулы айналмалы бөлшектер плато аймақтарына ыңғайлауға қабілетті болғанымен, бірнеше өндірушілер оларды дәңгөл аймақтардағы қызмет ету шарттарына сай екендігін итеп, оларды тамаша қолдануды бастады.

Азық, газ-қорғаулы айналмалы бөлшектерді дәңгөл аймақтарда қолдану үшін екі негізгі техникалық схема қолданылады:

1.1 Тура түрде дәңгөл аймақтарда қолдану

Проектирование идеясы: Бұл ықтималдылық негізінен, негізгі электр құбылыстары толығымен изоляцияланған системамен (жабық газ камера, толығымен изоляцияланған бушингтер және кабельдік аяқтар) қоршалған, осылайша изоляция сапасы дәңгөл аймақтардың құбылыстарына әсер етпейді.
Бар болатын проблемалар: Нақты қызмет ету кезінде, дәңгөл аймақтардағы сыртқы атмосфералық қысым төмендейді, бұл газ камерасының ішкі және сыртқы аймақтары арасындағы қысым айырмашылығын арттырады. Бұл камераның қиырлау деформациясын арттырады, электр құрылғыларының, мысалы, автоматты апараттар және айналмалы апараттар, механикалық қызмет ету сапасына әсер етеді. Бұл қызмет ету қиындықтарына және механикалық қасиеттердің өзгеруіне әкелуі мүмкін.

1.2 Заводта газ қысымды азайту

Проектирование идеясы: Дәңгөл аймақтарда ішкі-сыртқы қысым айырмашылығы артқанына қарай, бұл схема заводта камераның ішіндегі газ қысымды азайтады. Құрылғы дәңгөл аймаққа келгенде, азайған атмосфералық қысым қысым айырмашылығын техникалық спецификациялардың талап еткен мәнге қарай арттырады, қысым саны қажетті қызмет ету қысымын көрсетеді.
Бар болатын проблемалар: Бұл дизайн камера ішіндегі изоляциялық газдың тығыздығын азайтады. Несмотря на то, что при высотных условиях манометр показывает расчетное значение, изоляционные свойства газов связаны с его плотностью по кривой Пашена (см. Рис. 1), разработанной немецким физиком Фридрихом Пашеном. Кривая Пашена представляет собой функцию, выведенную из закона Пашена. Её физический смысл: пробивное напряжение U (кВ) является функцией произведения расстояния между электродами d (см) и давления газа P (Торр), выражаемое как U = apd / [ln(Pd) + b] (см. Рис. 1), где a и b - константы.

Кривая Пашена имеет основное значение: для постоянного расстояния изоляции, увеличение или уменьшение давления в сторону вакуума (например, 10⁻⁶ Торр) оба повышают пробивное напряжение зазора. При давлении, близком к вакууму, уменьшение уровня вакуума (то есть увеличение плотности воздуха) делает электрический пробой между электродами более легким. За определенным пороговым давлением, изоляционные свойства постепенно улучшаются с увеличением давления. В этом диапазоне (за точкой a на Рис. 1), уменьшение давления, а значит, и плотности газа, снижает пробивное напряжение, что означает ухудшение изоляционных свойств. Диапазон рабочего давления газоизолированных кольцевых главных устройств полностью попадает в этот диапазон (в разделе за точкой a на Рис. 1).

1.3 Реализация стандартных проектов для высокогорья: сводка проблем

• Увеличенная разница давления между внутренней и внешней частями газовой камеры вызывает большую деформацию камеры, что влияет на механическую работу и производительность выключателей.

• При увеличенной разнице давления между внутренней и внешней частями, устройства сброса давления активируются чаще.

• Басылым шкафтары газдық бөлмелердің ішкі және сыртқы бөлігінің басының салыстырмалы айырмашылығын өлшейді. Газ тығыздығын өлшеу приборлары басылым шкафтарына температура түзету функциясын қосады. Екеуі де жоғары деңгейде бөлмедегі газдың нақты тығыздығын так көрсетпейді, бірақ газ тығыздығы естік жөндегі өнімділікпен тығыз байланысқа ие.

• Жоғары деңгейде атмосфералық тығыздықтың азайуы газдық бөлменің сыртқы естік компоненттерінің жалпы естік өнімділігін ондарады.

2. Жоғары деңгейде пайдаланылатын газмен естік сыйықты басқару негізі модулдерінің құрылымы
Жоғары деңгейде пайдаланылатын газмен естік сыйықты басқару негізі модулдерінің (басты проводторлық цептері толығымен газмен естік бөлмелермен, толығымен естік втулкалармен және толығымен естік кабель соңымен) теориялық түрде естік өнімділікке тәсіл етпейтін толығымен естік құрылымына қарай, ол жоғары деңгейде пайда болатын факторлардан тәсілденеді: газдық бөлмедегі ішкі-сыртқы басының айырмашылығының өсуі, бөлмедегі естік газдың тығыздығын азайту мүмкіндігінің жоқтығы және так газ тығыздығын көрсету қажеттілігі. Сонымен, жоғары деңгейде пайдаланылатын газмен естік сыйықты басқару негізі модулдерінің құрылымының негізгі элементтері - газдық бөлме және басын азайту құрылғысының құрылымы, жоғары деңгейде пайда болатын атмосфералық шарттарға сай болуы және жоғары деңгейде сыртқы естік компоненттердің азайған жалпы естік қабілетін шешу.

2.1 Жоғары деңгейде пайдаланылатын газдық бөлме және басын азайту құрылғысының құрылымы
Өзірек айтылған техникалық маселелерді шешу үшін, бұл мақала жоғары деңгейде пайдаланылатын газмен естік сыйықты басқару негізі модулдері үшін жаңа құрылымды ұсынады, бұл құрылым адамдық құрылымдардан немесе таңбалы басын азайту қолданылған құрылымдардан айырмалы. Бұл сыйықты басқару негізі модулі төмендегі аспектерде бағытталған құрылымға ие:

(1) Газдық бөлменің құрылымдық күшін күшейту
Жоғары деңгейде пайда болатын ішкі-сыртқы басының айырмашылығынан туындап, газдық бөлменің құрылымдық күші күшейтіледі. Бұл жоғары деңгейде бөлменің деформациясының техникалық параметрлерге сәйкес болуын, оның ішіндегі жоғары напрямдагы компоненттердің механикалық өнімділігінің әсерленбей қалуын камтамасыз етеді.

Дүние жүзіндегі стандартты атмосфералық модельге қарағанда, белгілі деңгейде атмосфералық басын мынадай формуламен есептеуге болады:
P = P₀ × (1 – 0.0065H/288.15)^5.256
мұнда P - белгілі деңгейде атмосфералық басы; P₀ - деңгейде атмосфералық басы; H - деңгей.

Мысалы, 4000 м деңгейін алсақ:
P = P₀ × (1 – 0.0065 × 4000 / 288.15)^5.256 ≈ 0.064 МПа.

Типті 10 кВ SF₆ газмен естік сыйықты басқару негізі модулін мысал қарастырып, жоғары деңгейде емес аймақта газдық бөлменің құрылымдық басы көбінесе 0.07 МПа болады. Жоғары деңгейде атмосфералық басының азайуын ескере отырып, 4000 м деңгейіндегі газдық бөлменің құрылымдық басын мынадай формуламен есептеуге болады:
P₁ = P₀ – 0.064 + 0.07 = 0.107 МПа.

(2) Жоғары деңгейде пайдаланылатын басын азайту құрылғысының құрылымы
Ең жаңа дәлелдік стандарт GB/T 3906—2020 "3.6 кВ-тан жоғары және 40.5 кВ-ға дейінгі напрямдагы альтернативті металлическі заттағы коммутациялық аппараттар" бойынша, 7.103 бөлімінде газмен естік сыйықты басқару негізі модулдерінің газдық бөлмесі құрылымдық басының (P₁) 1.3 есе өсуін 1 минутқа ұстауы керек, басын азайту құрылғысының қозғалуы безендіруге болмайды. Егер басы құрылымдық басының (P₁) 1.3 есе мен 3 есе арасында өссе, басын азайту құрылғысы қозғалуы мүмкін. Бұл өзін-өзіне қабылданады, егер ол құрылғы әзірлеушісінің құрылымдық параметрлеріне сай болса. Синтестіктен кейін, газдық бөлме деформацияға ұшырайды, бірақ жарылпауы керек.

Газдық бөлменің және басын азайту құрылғысының құрылымдық күшіні құрылымдық параметрлерге қарай құрастыру дәлелдік стандарттарға сай болады. Жоғары деңгейде пайдаланылатын газдық бөлмемен және басын азайту құрылғысымен құрылымдық параметрлерді есептеу және құрастыру үшін бұл әдіс қолданылады:
P₁ = 0.107 × 1.3 = 0.139 МПа
P₂ = 0.107 × 3 = 0.321 МПа

Газдық бөлменің құрылымдық күшін күшейту - мысалы, қалыңырақ демір тақталарды пайдалану немесе күштік қосымшаларды қосу - жоғары деңгейде пайда болатын ішкі-сыртқы басының айырмашылығынан туындап, бөлменің деформациясының техникалық параметрлерге сәйкес болуын камтамасыз етеді. Бұл жоғары напрямдагы коммутаторлардың механикалық және электр өнімділігін әсерден сақтауға, рейтингінен газ басында стабильді жұмыс істеуге және жоғары деңгейде алғашқы аймақтардағыдай өзара тең механикалық және электр өнімділікті қамтамасыз етуге мүмкіндік береді.

Құрылымдық есептеулер және эксперименттік тексерулер арқылы, басын азайту мембранасының қалыңдығын және күшін күшейту арқылы оның басын ұстау қабілетін жақсартуға болады. Бұл газдық бөлменің басын азайту диапазоны белгіленген басының диапазонына сәйкес болады, жоғары деңгейде пайда болатын ішкі-сыртқы басының айырмашылығынан туындап, басын азайту құрылғысының алыс қозғалуын тикелей түсіндіреді. Бұл ішкі естік деңгейін және сыйықты басқару негізі модулінің электр өнімділігін сақтайды.

2.2 Жоғары деңгейде пайдаланылатын газ тығыздығын көрсету құрылғысының құрылымы
Естік газ тығыздығын көрсету құрылғысы толығымен заттағы тығыздық өлшеу приборын қолданады. Оның көрсеткіші температура өзгерістеріне немесе сыртқы атмосфералық басының өзгерістеріне тәсілденбейді.

Жоғары деңгейде пайдаланылатын газмен естік сыйықты басқару негізі модулдері үшін, газдық бөлменің тығыздығын көрсету үшін толығымен заттағы, температура мен деңгейге тәсілденбейтін тығыздық өлшеу приборы таңдалады. Оның құрылымында тығыздық өлшеу приборының ішінде температура түзету элементі бар, ол температуралық түзету (температураға тәсілденбейді) қамтамасыз етеді. Оның салыстыру үшін стандартты атмосфералық басын сақтайтын заттағы бөлме бар. Тығыздық өлшеу приборының көрсеткіші газдық бөлменің ішкі басы мен стандартты атмосфералық басының айырмашылығын көрсетеді.

Бұл дизайн қатарлы модульдегі газдық отында орналасқан тығыздық счётчының шкаласының пайдаланыстағы газдың нақты тығыздығын түсіндіруге және көрсетуіне мүмкіндік береді. Көрсетілген мән температура мен деңгеймен байланысты болмайды, жоғары деңгейлерде қажетті операциялық талаптарды толық қанағаттандырады.2.3 Жоғары деңгейлер үшін толығымен изоляцияланған құбырлардың дизайны

Жоғары деңгейлер газдық отынды және өлшеу приборларын емес, тексерілетін толығымен изоляцияланған компоненттерге, мысалы, кіріс-шығыс құбырлар және кабельден шығатын контакттарға да әсер етеді. Бұл сым-сезімді компоненттердің изоляциясы изоляциялық материалдың изоляциялық күшінен және жерге қарағандағы көліктік изоляциялық күшінен айналады. Жоғары деңгейлерде ауа тығыздығы азайтуымен, жерге қарағандағы көліктік изоляциялық күш де азайады. Нақты қолданыстарда, традиционды түрде құрылған газдық қатарлы модулдер жоғары деңгейлерде қолданылғаннан кейін, сыртқы изоляциялық компоненттер (мысалы, изоляциялық құбырлар немесе жоғары құбырлар) үшін дәлелдік қолданыс напрямдасу тесттерін өтпейді.

Осы проблемамен күресу үшін, бұл мақала жоғары деңгейлер үшін толығымен изоляцияланған құбырлар үшін жаңа дизайн схемасын ұсынады: осы изоляциялық компоненттердің сыртқы бетіне жерге қосылатын корыту слойын қосу. Бұл дизайн электр тәрізді тартылымдың теңсіздігін жақсартып, негізгі цепьдегі автобусшылардан жерге қосылуын бас арады.

Тибеттегі Нагчудағы сыртқы 10 кВ переключуу станциясының проектінде, компания қабылдау тесттерінде құрылғы жерге қосылатын 29 кВ/1 мин қолданыс напрямдасу тестін өтуі мүмкін болды. Кіріс-шығыс құбырлар мен газдық отындың сыртқы автобусшыларының сыртқы изоляциясына жерге қосылатын корыту слойы қосылғаннан кейін, құрылғы қолданыс напрямдасуы 42 кВ/1 мин стандартына сәйкес болды.

2.4 Техникалық негізгі нүктелердің көрсеткіштері
Жоғары деңгейлер үшін газмен толтырылған изоляцияланған қатарлы модулдердің маңызды дизайн аспекттері төмендегідей:

• Газдық отындың құрылымдық күшін және деформация шектерін жоғары деңгеликтегі ішкі-сыртқы басының өсуімен қанағаттандыру үшін демір плита қалыңдығын арттыру немесе жақтыратын элементтер қосу.

• Газдық отындың басын азайту құрылғысындағы басын азайту диафрагмасының күшін жақсарту. Жақсартудан кейін, ол жоғары деңгеликтегі ішкі-сыртқы басының өсуімен басын азайту құрылғысының басын қанағаттандыру үшін қажетті.

• Басын көрсету құрылғылары үшін капталанған тығыздық счётшыларды қолдану. Олардың көрсеткіштері температура өзгерістерінен немесе сыртқы атмосфералық басының өзгерістерінен тәуелсіз, олар жоғары деңгеликтік мүхиттерге ыңғайлы.

• Газдық отындың сыртқы изоляциялық компоненттерінің сыртқы бетіне жерге қосылатын корыту слойын дизайндау, электр тәрізді тартылымдың теңсіздігін жақсарту және негізгі цепьдегі автобусшылардан жерге қосылуын бас ару үшін.

3. Жоғары деңгеликтегі газмен толтырылған изоляцияланған қатарлы модулдердің дизайнының маңызы
Бұл дизайн схемасы жоғары деңгеликтегі қажетті операциялық талаптарға ыңғайлау үшін газмен толтырылған изоляцияланған қатарлы модулдерді ұсынады. Газдық отындың күшін жақсарту, басын азайту құрылғыларының басын қанағаттандыру, ішкі газдың тығыздығын так өлшету және байланысты изоляциялық компоненттерді рационалды түрде дизайндау арқылы, қатарлы модуль жоғары деңгеликтік мүхиттерге толық техникалық ыңғайлауға қол жеткізеді. Бұл қатарлы модулдің механикалық және электр техникалық қасиеттерін қамтамасыз етеді және жоғары деңгеликтік мүхиттерде газмен толтырылған изоляцияланған қатарлы модулдердің нормалды қолданысына мүмкіндік береді.

Қытайда жоғары деңгеликтік аймақтар кең, сонымен қатар, жоғары деңгеликтік шарттарға ыңғайлау үшін энергия құрылғыларының өте зор сұранысы пайда болады. Продукт дизайнінің стандарттастырылуы және рационалдылығына қауіпсіздікті жақсарту қажет. Жоғары деңгеликтік аймақтардағы нақты мүхиттік өзгерістер продукт дизайніне жаңа талаптар қояды. Бұл техникалық схема жаңа дизайн теориясы мен методологиясын ұсынады, бұл маңызды зерттеу болып табылады.