Design Optimizatus Apparatorum Commutantium Isolatorum Gas Insulatis pro Regionibus Altioribus
Unitates principales annulares isolatae gas sunt commutatores compacti et expandibiles apti ad systemata automationis distributionis electricitatis mediae tensionis. Haec instrumenta utuntur pro alimentatione annulari potentiis 12~40.5 kV, systematibus alimentationis radialis duplici, et applicationibus alimentationis terminalis, servientes ut dispositiva controlis et protectionis energiae electricae. Etiam aptae sunt ad installationem in substationibus pad-mount.
Per distributionem et scheduling energiae electricae, haec certificant stabilem operationem systematum electricitatis. Componentes core huiusmodi instrumentorum utuntur interruptoribus circuiti vel combinationibus switchium oneris et fusorum, praebentes praestantias ut structura simplex, magnitudo parva, costus parvus, meliorata parametera et praestantia alimentationis, et augmentata securitas alimentationis. Largiter usurae sunt in stationibus distributionis et substationibus pad-mount in centris oneris ut communitates residentiales urbanae, edificia alta, magna publica facilita, et enterprises industrialia. Varii gasea insulantia ut SF₆, aer siccus, nitrogen, vel mixta gasea, serviant ut medium insulantium, praebentes altam praestantiam insulantiam et beneficia ambientalia, ducens ad largam applicationem in systematibus electricitatis.
Componentes principales huiusmodi unitatis principalis annularis installantur intra tankum coactum weldatum plenum gaseo insulantio (deinceps nominatum "gas compartment"). Gas compartment est componentis core unitatum principalium annularium isolatarum gas. Prima functio eius est ut certificet ut componentes altae tensionis interne operentur non affectae ab factoribus ambientalibus externis ut contaminatio, humiditas, et corrosio. Simul garantit ut ambiento operativo componentum et praestantia electrica normalis. Omnia componentia interna proteguntur per gas compartment. Compartment praeditum est cum monitoriis pressionis vel densitatis gasei, ut pressometra vel densimetra, solito mensurantes differentiam pressionis inter internum et externum compartmenti.
Hoc articulus primarie tractat de problematis afficientibus praestantiam mechanicam et electricam unitatum principalium annularium in ambientibus altae altitudinis.
1. Schemata Designi Communia Unitatum Principalium Annularium Isolatarum Gas in Ambientibus Altae Altitudinis et Quaestiones Existentes
Unitates principales annulares isolatae gas habent designa totaliter insulantia, cum circuitis conductivis suis principalibus inclusis per systema totaliter insulantium consistens ex gas compartment, bushingis totaliter insulantibus pro lineis incoming/outgoing, et terminationibus cable totaliter insulantibus. Cum ambiento interno gas compartment permaneat non affectus ab conditionibus externis, densitas et humiditas gasei manent constantes. Theoretice, praestantia insulantia immunitate tenetur ab factoribus externis ut humiditas, contaminatio, vel gasea corrosiva. Similiter, praestantia insulantia bushingorum et terminationum cable—designata cum materialibus insulantibus ut resina epoxy et rubber silicone—non afficitur ab ambiente externo. Superficialiter, unitates principales annulares isolatae gas designatae conventionaliter videntur adaptabiles ad ambientes plateaux, inducens multos manufactorios credere eas satisfacere requiritis operationis altae altitudinis et deployari directe in talibus regionibus.
Praesenter, duo schemata technica principalia utuntur quando applicatur unitates principales annulares isolatae gas in ambientibus altae altitudinis:
1.1 Deployti Directi in Regionibus Altae Altitudinis
Conceptus Designi: Hoc appropinquamentum dependet super principio quod circuitus conductivus principalis totaliter inclusus est per systema insulantium (gas compartment, bushingis totaliter insulantibus, et terminationibus cable), faciens ut praestantia insulantia non afficiatur ab conditionibus altae altitudinis.
Quaestiones Existentes: In operatione actuali, diminuta pressio atmospherica externa in alta altitudine augmentat differentiam pressionis inter internum et externum gas compartment. Hoc causat deformationem bulging significativam compartmenti, afficiens praestantiam mechanicam componentium electricorum ut interruptores circuiti et disconnectores. Hoc posset ducere ad jamming operationale et mutationes in characteristicis mechanicis.
1.2 Reductio Setting Pressionis Gasei Factoriae
Conceptus Designi: Ad addressandam differentiam pressionis interna-externa augmentatam in alta altitudine, hoc schema reducit pressionem gasei interne compartmenti in fabrica. Quando unitas pervenit ad sita altae altitudinis, diminuta pressio atmospherica facit ut differentia pressionis ascendat ad valorem requiritum per specificationes technicas, faciens ut pressometrum ostendat pressionem operationalem requiritam.
Quaestiones Existentes: Hoc designum effectu effective reductit densitatem gasei insulantis interne compartmenti. Licet pressometrum ostendat valorem designatum in alta altitudine, praestantia insulantia gasei intrinsece connectitur cum densitate gasei secundum curvam Paschen (vide Fig. 1) formulatam ab physico Germanico Friedrich Paschen. Curva Paschen repraesentat functionem derivatam ex Lege Paschen. Significatio physicalis: Tensio rupture U (kV) est functionis producti distantiae electrodalis d (cm) et pressionis gasei P (Torr), expressa ut U = apd / [ln(Pd) + b] (vide Fig. 1), ubi a et b sunt constantes.
Significatio prima curvae: Pro distantia insulationis fixa, augmentans pressionem vel reductans pressionem versus vacuum (e.g., 10⁻⁶ Torr) ambo elevat tensio rupture gap. In pressionibus near-vacuum, reducta level vacuum (i.e., augmentata densitas aeris) facit ut ruptura electrica inter electrodos fieri facile. Ultra certum limen pressionis, praestantia insulationis gradualiter melioratur cum pressione crescente. In hac phase (ultra punctum a in Fig. 1), reductio pressionis—and sic densitatis gasei—diminuit tensio rupture, significans deteriorare praestantiam insulationis. Range operationalis pressionis unitatum principalium annularium isolatarum gas totus cadit intra hanc regionem (sectionem ultra punctum a in Fig. 1).
1.3 Summarium Quaestionum cum Designis Conventionalibus Altae Altitudinis
Differentia pressionis augmentata inter internum et externum gas compartment causat maiorem deformationem compartmenti, afficiens operationem et praestantiam mechanicam switchium.
Sub conditionibus differentiae pressionis interna-externa augmentata, dispositiva relief pressionis proniores sunt ad activationem.
Manometra mensura differentiam pressionis relativam inter intus et extra compartimentum gaseosum. Metri densitatis gaseosae adiiciunt functionem compensationis thermicae ad manometra. Neque potest accurate ostendere realem densitatem gaseosam intra compartimentum in altitudinibus altis, tamen densitas gaseosa est per se coniuncta cum praestantia isolationis.
Densitas atmospherica minuta in altitudinibus altis simul degradat praestantiam isolationis comprehensivam componentium externorum compartimenti gaseosi.
2. Schema Designationis pro Unitatibus Circuli Principalis Isolatis Gaseose in Altitudinibus Altis
Ex analysi suprascripta, quamquam structura totaliter isolata unitatum circuli principalis isolatarum gaseose (cum circuitis conductivis principibus totaliter inclusis per compartimenta gaseosa sigillata, bushings totaliter isolatos, et terminations cavis totaliter isolatas) theoricè praestantiam isolationis immutatam servat, tamen afficitur a factoribus emergentibus in altitudinibus altis: incremento differentiae pressionis internae-externae in compartimento gaseoso, incapacitate reducendi densitatem gaseosam intra compartimentum, et necessitate indicationis accuratae densitatis gaseosae. Proinde, clavis designandi pro unitatibus circuli principalis isolatis gaseose in altitudinibus altis iacet in designando compartimento gaseoso et dispositivo solvendi pressionem, satisfacendo requisitionibus environmentalibus altitudinis altae pro manometris compartimenti gaseosi, et solvendo diminutionem praestantiae isolationis comprehensivae componentium externorum in altitudinibus altis.
2.1 Designatio Compartimenti Gaseosi et Dispositivi Solvendi Pressionem pro Applicationibus in Altitudinibus Altis
Ad solutionem praedictarum difficultatum technicarum, huiusmodi articulus proponit novum conceptum designandi pro unitatibus circuli principalis isolatis gaseose in altitudinibus altis, differens ab unitatibus ordinariis sine designatione speciali vel quae tantum adhibent simplicem reductionem pressionis. Haec unitas circuli principalis habet designationem directam in sequentibus aspectibus:
(1) Fortitudo Structurae Compartimenti Gaseosi Aucta
Ad resistendum incremento differentiae pressionis internae-externae causato per altitudines altas, fortitudo structurae compartimenti gaseosi augebitur. Hoc garantit ut deformitas compartimenti in altitudinibus altis remaneat intra specificationes technicas, asserens immutatam praestantiam mechanicam componentium altae tensionis intra.
Secundum modello Atmosphaerae Standardis Internationalis, pressio atmospherica standard in data altitudine potest calculari per formulam:
P = P₀ × (1 – 0.0065H/288.15)^5.256
ubi P est pressio atmospherica in data altitudine; P₀ est pressio atmospherica standard in mari; H est altitudo.
Exempli gratia, sumpta altitudine 4000 m:
P = P₀ × (1 – 0.0065 × 4000 / 288.15)^5.256 ≈ 0.064 MPa.
Ut exemplum, sumpto unitate circuli principalis isolata gaseose SF₆ typica 10 kV, designatio pressionis compartimenti gaseosi in regionibus non-altis solet esse 0.07 MPa. Considerata pressione atmospherica minuta in altitudinibus altis, designatio pressionis actualis pro compartimento gaseoso in altitudine 4000 m potest calculari ut:
P₁ = P₀ – 0.064 + 0.07 = 0.107 MPa.
(2) Designatio Dispositivi Solvendi Pressionem pro Applicationibus in Altitudinibus Altis
Per ultimum standard nationale GB/T 3906—2020 "Commutatoria metallica inclusa AC et apparatu controlis pro tensionibus nominatis super 3.6 kV et usque ad et includens 40.5 kV", Sectio 7.103 statuit ut compartimentum gaseosum unitatum circuli principalis isolatarum gaseose debet sustinere 1.3 vice designatio pressionis (P₁) per unum minutum sine activatione dispositivi solvendi pressionem. Si pressio continuat crescere inter 1.3 vice (P₁) et 3 vices (P₂) designatio pressionis, dispositivus solvendi pressionem posset activari. Hoc est acceptabile si convenit specificationibus designatorum fabricantis. Post probationem, compartimentum gaseosum potest deformari sed non rupturum esse debet.
Designando fortitudinem compartimenti gaseosi et dispositivi solvendi pressionem secundum haec requirimenta, satisfaciuntur standards nationales. Compartimenta gaseosa et dispositiva solvendi pressionem pro diversis altitudinibus possunt omnia calculari et designari per hanc methodum:
P₁ = 0.107 × 1.3 = 0.139 MPa
P₂ = 0.107 × 3 = 0.321 MPa
Per reinforcementem structurae compartimenti gaseosi—sicut adhibendo laminas ferreas crassiores aut addendo stiffeners—compartimentum plene satisfacit requisitionibus fortitudinis impositis per incrementum differentiae pressionis internae-externae in altitudinibus altis. Hoc evitat impactus praestantiarum mechanicarum et electricarum commutatorum altae tensionis intra compartimentum causatos per deformationem, garantens operationem stabilam in pressione gaseosa nominata et praebens idem praestantiam mechanicam et electricam in environmentis altitudinum altarum sicut in planitibus.
Per calculos designatorios et probationem experimentalis, augmentatio crassitiei et fortitudinis diaphragmatis solvendi pressionem auctificat capacitem tolerandi pressionem eius. Hoc garantit ut range solvendi pressionis compartimenti gaseosi conformetur requisitionibus range pressionis specificatis, praeveniens activationem praecociam dispositivi solvendi pressionem propter incrementum differentiae pressionis internae-externae in environmentis altitudinum altarum. Hoc mantinet internam levellam isolationis et garantit praestantiam electricam unitatis circuli principalis.
2.2 Designatio Dispositivi Indicationis Densitatis Gaseosae pro Applicationibus in Altitudinibus Altis
Dispositivus indicationis densitatis gaseosae adhibet metrum densitatis sigillatum. Valorem suum ostenditum immutatum manet per mutationes thermicas vel variationes pressionis atmosphericae externae.
Pro unitatibus circuli principalis isolatis gaseose in altitudinibus altis, metrus densitatis selectus pro compartimento gaseoso est metrus densitatis sigillatus omniconditionalis, immunis effectibus thermicis et altitudinis. Principium operativum involvit elementum compensationis internum metri densitatis quod facit compensationem thermica (immutatum per thermam). Simul caput metri habet structuram sigillatam ubi camera sigillata retinet pressionem atmospherica standard. Valorem pressionis ostenditum metri densitatis repraesentat differentiam pressionis inter intus compartimenti gaseosi et pressionem atmospherica standard.
Hoc designo certum est, ut densitatis meter, qui in anulo principali unitatis gas camerae installatur, semper accurate internam gas densitatem camerae repraesentet. Expositus valor non afficitur a temperatura et altitudine, omnibus operativis requirimentis pro regionibus altae altitudinis plene satisfacit.2.3 Design of Fully Insulated Bushings for High-Altitude Gas-Insulated Ring Main Units
Praeter gas cameram et instrumenta mensura, altitudines altae etiam componentes externe totaliter insulatos, sicut intrantes/egredientes lineales bushings et terminales cabbati, afficiunt. Insulativa performantia huiusmodi externorum componentum totaliter insulatorum ab insulativa materiae fortitudine et a terreni ad se ipsos creepage insulativa fortitudine pendet. In altis altitudinibus, diminuta aeris densitas terreni ad se ipsos creepage insulativam fortitudinem minuit. In usibus practicis, gas-insulata ring main units, quae secundum designum traditionale factae sunt, saepe post deployment in altis altitudinibus, power frequency withstand voltage test pro externis insulantibus componentibus (sicut insulating bushings vel top-expansion busbars) non superare possunt.
Ad hoc solvendum, hic articulus novum designum pro totaliter insulatis bushings in altis altitudinibus gas-insulata ring main units proponit: addere stratum shielding terreni ad superficiem externam huiusmodi insulantium componentum. Hoc designum electrici campi uniformitatem meliorat et terreni de circuitu principalis busbars discharges prohibet.
In opere stationis commutationis 10 kV exteriore in Nagqu, Tibet, una societas in acceptatione testando situationem reperiit, ubi equipment tantum 29 kV/1 min power frequency withstand voltage test ad terrenum superare poterat. Post additum stratum shielding terreni ad externam insulationem intrantium/egredientium bushings et externorum busbars gas camarae, equipment exigentiis nationalibus 42 kV/1 min power frequency withstand voltage ad terrenum satisfecit.
2.4 Summary of Technical Key Points
Cruciales designi aspectus pro altis altitudinibus gas-insulata ring main units sunt sequentes:
Auge structurae fortitudinem gas camarae per laminae ferreae crassitudinem augmentandam vel stiffeners addendos, ut requisiti pro tolerabilis pressionis range et deformation limits ex interna-externa pressione differentia in altis altitudinibus satisfiant.
Auge fortitudinem designi diaphragmi pressure relief in dispositivo pressure relief gas camarae. Post reinforcement, id satisfacit tolerabilis pressionis range requirementes pro dispositivo pressure relief sub interna-externa pressione differentia in altis altitudinibus.
Adopta sealed-type density meters pro pressure indication dispositivis. Eorum expositi valores non afficiuntur a temperature mutationibus vel external atmospheric pressure variationibus, aptosque sunt pro ambientibus altis altitudinibus.
Designa grounded shielding stratum in superficie externa externorum insulantium componentum gas camarae, ut electrici campi uniformitas melioretur et terreni de circuitu principalis busbars discharges praeventur.
3. Significance of High-Altitude Gas-Insulated Ring Main Unit Design
Hoc designum intendit gas-insulatas ring main units, quae veras altis altitudinibus operativis requisitis satisfaciant, praebeat. Per simul gas camarae fortitudinem augebendo, pressure tolerance capability dispositivorum pressure relief meliorando, internam gas densitatem accurate mensurando, et rationally designing related insulating components, ring main unit technica adaptabilitatem altis altitudinibus absolutam assequitur. Hoc mechanicam et electricam performantiam ring main unit garat et normal operationem gas-insulatarum ring main units in altis altitudinibus permittit.
China’s vastae regiones altis altitudinibus magnam demandam pro apparatibus electricis, quae ad altis altitudinibus conditions adaptae sint, creant. Standardization et rationality producti designi urgentiter meliorari oportet. Actual environmental variations in altis altitudinibus nova requirementa imponunt designo producti. Hoc technicum schema novam designi theoria et methodologiam praebet, significativam explorationem representans.
