Оптимизиран дизајн на гас-изолирано преклопувачко опрема за области на високата надморска висина
Гас-изолираните кругови главни јазичја се компактни и разширливи склопови соодветни за автоматски системи за средноволтна распределба на енергија. Овие уреди се користат за настанување на енергија во кружни мрежи од 12 до 40,5 кВ, двојно радијално настанување на енергија и терминални применби, служејќи како контролни и заштитни уреди за електричната енергија. Соодветни се и за инсталирање во подстанции со основа.
Со дистрибуција и распоредување на електричната енергија, тие осигуруваат стабилна работа на системите за енергија. Клучните компоненти на овие уреди вклучуваат прекинувачи или комбинации на преводници на напон и предавачи, што им дава предности како едноставна структура, мала големина, ниска цена, подобрене параметри и перформанси на настанувањето на енергија и подобренa безбедност при настанувањето на енергија. Широко се користат во распределбени подстанции и подстанции со основа во центрови на нагласок како градски становишта, високи згради, големи јавни објекти и индустриски предиземја. Како изолативна средина се користат различни изолативни гасови, вклучувајќи SF₆, сух воздух, азот или мешани гасови, што им дава висока изолативна перформанса и еколошки предности, доведувајќи до широка примена во системите за енергија.
Главните компоненти на овој тип кругово главно јазичје се инсталирани во затворен сварен резервоар исполнет со изолативен гас (во продолжение наречен „газна камера“). Газната камера е кључниот компонент на гас-изолираните кругови главни јазичја. Нејзината главна функција е да осигура дека високоволтните компоненти во неа работат непроменети од вонешни фактори како контаминација, влажност и корозија. Исто така, гарантира и работната средина на компонентите и нормалната електрична перформанса. Сите внатрешни компоненти се заштитени од страна на затворената газна камера. Камерата е опремена со уреди за мерење на притисок или густина на гас, како што се манометри или густиномери, кои типично мериат притискот меѓу внатрешно и вонешно на камерата.
Овој чланец се фокусира на проблемите кои влијаат на механичкиот и електричниот перформанс на круговите главни јазичја во услови на високи надморски висини.
1. Обични дизајн схеми за гас-изолираните кругови главни јазичја и постојни проблеми
Гас-изолираните кругови главни јазичја имаат потпун изолативен дизајн, со нивните главни проводни патеки заградени со потпун изолативен систем состојачки од затворена газна камера, потпуно изолативни бушинги за влез/излез и потпуно изолативни кабелски завршници. Бидејќи внатрешната средина на газната камера останува непроменета од вонешните услови, густината на гасот и влажността остануваат константни. Теоретски, изолативната перформанса е невосприимчивa на вонешни фактори како влажност, контаминација или корозивни гасови. Слично, изолативната перформанса на бушингите и кабелските завршници - дизајнирани со изолативни материјали како епоксидна смола и силиконска гума - не е под влијание на вонешната средина. На површина, конвенционално дизајнираните гас-изолираните кругови главни јазичја изгледаат прилагодени на условите на планински региони, што води многу производители да веруваат дека задоволуваат барањата за работа на високи надморски висини и директно ги инсталираат во такви области.
Тренутно, две основни технички схеми се користат при примената на гас-изолираните кругови главни јазичја во услови на високи надморски висини:
1.1 Директна инсталација во области на високи надморски висини
Концепт на дизајн: Овој пристап се заснова на принципот дека главната проводна патека е потпунo заградена со изолативен систем (затворена газна камера, потпуно изолативни бушинги и кабелски завршници), што прави изолативната перформанса непроменета од условите на високи надморски висини.
Постојни проблеми: Во реална работа, намалувањето на вонешниот атмосферски притисок на високи надморски висини зголемува разликата во притискот помеѓу внатрешната и вонешната страна на газната камера. Ова причинува значителна деформација на камера, што влијае на механичкиот перформанс на електричните компоненти како прекинувачите и преводниците. Ова може да доведе до заблокирање на операцијата и промени на механичките карактеристики.
1.2 Намалување на фабрично подесен притисок на гасот
Концепт на дизајн: За да се справи со зголемената разлика во притискот помеѓу внатрешната и вонешната страна на газната камера на високи надморски висини, оваа схема намалува притисокот на гасот во камерата во фабрика. Кога уредот пристигне на места на високи надморски висини, намалениот атмосферски притисок прави разликата во притискот да се зголеми до вредноста потребна според техничките спецификации, што прави манометарот да покажува потребниот оперативен притисок.
Постојни проблеми: Овој дизајн ефективно намалува густината на изолативниот гас во камерата. Иако манометарот покажува дизајнираната вредност на високи надморски висини, изолативната перформанса на гасовите е интегрално поврзана со густината на гасот според кривата на Пашен (види слика 1) формулирана од немскиот физичар Фридрих Пашен. Кривата на Пашен го претставува функцијата изведена од законот на Пашен. Неговата физичка значење: Прекинувачкиот напон U (кВ) е функција од производот на растојанието помеѓу електродите d (см) и притискот на гасот P (Тор), изразено како U = apd / [ln(Pd) + b] (види слика 1), каде a и b се константи.
Основната значење на кривата: За фиксно изолативно растојание, зголемувањето на притисокот или намалувањето на притисокот кон вакуум (на пример, 10⁻⁶ Тор) го зголемува напонот на прекин. При близу вакуумски притисоци, намалувањето на вакуумскиот ниво (тоест, зголемувањето на густината на воздухот) прави електричното прекинување помеѓу електродите лесно. Зад одреден праг на притисок, изолативната перформанса постепено се подобрува со зголемувањето на притисокот. Во овој фаза (зад точката a на слика 1), намалувањето на притисокот - и следователно густината на гасот - намалува напонот на прекин, што значи дека изолативната перформанса се влошува. Оперативниот опсег на притисокот на гас-изолираните кругови главни јазичја целосно се наоѓа во овој регион (делот зад точката a на слика 1).
1.3 Сумирање на проблемите со конвенционалните дизајни за високи надморски висини
Зголемената разлика во притискот помеѓу внатрешната и вонешната страна на газната камера причинува поголема деформација на камерата, што влијае на механичката операција и перформанса на прекинувачите.
При зголемена разлика во притискот помеѓу внатрешната и вонешната страна, уредите за отстранување на притисок се подлабоко активирани.
Манометрите измеруваат релативната разлика во притисок помеѓу внатрешноста и надворешноста на гасот. Мерачите на густината на гасот додаваат функцијалност за компензација на температурата на манометрите. Ниту едни не можат точно да прикажат актуелната густина на гасот во одделот на високи висини, но густината на гасот е интегрален дел од перформансата на изолацијата.
Намалена атмосферска густина на високи висини истовремено ја ослободува целостната перформанса на изолацијата на надворешните изолаторски компоненти на гасот.
2. Концепт за дизајн на гас-изолирани количествени главни агрегати за високи висини
Со основа на горенаведениот анализа, иако целосно изолираната структура на гас-изолирани количествени главни агрегати (со главни проводни патеки потполно затворени со герметизирани гасни оддели, потполно изолирани бушинги и потполно изолирани каблски терминатори) теоретски ја одржува непроменетата перформанса на изолацијата, таа е повлијана од факторите кои се појавуваат на високи висини: зголемена разлика во притисок помеѓу внатрешноста и надворешноста на гасот, неможност за намалување на густината на изолаторскиот гас во одделот и потребата за точна индикација на густината на гасот. Следствено, кључот за дизајн на гас-изолирани количествени главни агрегати за високи висини лежи во дизајнот на гасниот оддел и уредот за облекшување на притисок, задоволување на заштитните услови за високи висини за манометрите на гасните оддели и решавање на намалената целостна перформанса на изолаторските компоненти на високи висини.
2.1 Дизајн на гасен оддел и уред за облекшување на притисок за високи висини
За да се реши предходните технички проблеми, овој труд предлага нов концепт за дизајн на гас-изолирани количествени главни агрегати за високи висини, различен од обичните агрегати без специфичен дизајн или само со едноставно намалување на притисок. Овој количествен главен агрегат има цилен дизајн во следните аспекти:
(1) Подобрување на структурната јачина на гасниот оддел
За да се спротивстави на зголемената разлика во притисок помеѓу внатрешноста и надворешноста поради високите висини, структурната јачина на гасниот оддел е подобрена. Ова гарантира дека деформацијата на одделот на високи висини останува во техничките спецификации, што гарантира непроменета механичка перформанса на компонентите на висок напон внатре.
Според интернационалниот стандарден атмосферски модел, стандардниот атмосферски притисок на дадена висина може да се пресмета со формулата:
P = P₀ × (1 – 0.0065H/288.15)^5.256
каде P е атмосферскиот притисок на дадена висина; P₀ е стандардниот атмосферски притисок на морско равнина; H е висината.
Како пример, за висина од 4000 м:
P = P₀ × (1 – 0.0065 × 4000 / 288.15)^5.256 ≈ 0.064 MPa.
Користејќи типичен 10 kV SF₆ гас-изолиран количествен главен агрегат како пример, дизајнот на притисокот во гасниот оддел во области кои не се високи висини обично е 0.07 MPa. Земајќи предвид намалениот атмосферски притисок на високи висини, актуелниот дизајн на притисокот во гасниот оддел на 4000 м висина може да се пресмета како:
P₁ = P₀ – 0.064 + 0.07 = 0.107 MPa.
(2) Дизајн на уред за облекшување на притисок за високи висини
Според најновиот国家标准：GB/T 3906—2020《额定电压3.6kV及以上至40.5kV的交流金属封闭开关设备和控制设备》第7.103条规定，气体绝缘环网柜的气室必须能够承受设计压力（P₁）的1.3倍，持续1分钟而不触发泄压装置。如果压力继续上升在设计压力（P₁）的1.3倍到3倍（P₂）之间，泄压装置可能会启动。只要符合制造商的设计规范，这是可以接受的。经过测试后，气室可能会变形但不能破裂。
根据这些要求设计气室和泄压装置的强度，满足国家标准。不同海拔的气室和泄压装置都可以用这种方法计算和设计：
P₁ = 0.107 × 1.3 = 0.139 MPa
P₂ = 0.107 × 3 = 0.321 MPa
通过加强气室结构——例如使用更厚的钢板或增加加强筋——气室完全满足高海拔内外压差增加所施加的强度要求。这避免了由于变形对气室内高压开关机械和电气性能的影响，确保在额定气压下稳定运行，并在高海拔环境中提供与平原地区相同的机械和电气性能。
通过设计计算和实验验证，增加泄压膜片的厚度和强度可以提高其耐压能力。这确保气室的泄压范围符合规定的压力范围要求，防止在高海拔环境中由于内外压差增加而导致泄压装置过早启动。这样保持内部绝缘水平并确保环网柜的电气性能。
2.2 高海拔应用中的气体密度指示装置设计
绝缘气体密度指示装置采用密封型密度计。其显示值不受温度变化或外部大气压力变化的影响。
对于高海拔气体绝缘环网柜，选择用于气室的密度计是密封型全条件密度计，不受温度和海拔影响。其工作原理是密度计内部的补偿元件实现温度补偿（不受温度影响）。同时，表头具有密封结构，其中密封腔保持标准大气压。密度计显示的压力值代表气室内与标准大气压之间的压差。
请允许我更正并重新翻译遗漏的部分：Според најновиот национален стандард GB/T 3906—2020 „Алтернативни метални затворени комутациони и контролни уреди за номинални напони над 3.6 кВ до и вклучувајќи 40.5 кВ“, член 7.103 одредува дека гасниот оддел на гас-изолирани количествени главни агрегати мора да издрази 1.3 пати дизајн притисок (P₁) за 1 минута без активирање на уредот за облекшување на притисок. Ако притисокот продолжи да се зголемува помеѓу 1.3 пати (P₁) и 3 пати (P₂) дизајн притисок, уредот за облекшување на притисок може да се активира. Ова е прифатливо доколку отговара на дизајн спецификациите на производителот. По тестировањето, гасниот оддел може да се деформира, но не смее да се распали.
Дизајнот на јачината на гасниот оддел и уредот за облекшување на притисок според овие барања задоволува националните стандарди. Гасните оддели и уредите за облекшување на притисок за различни висини можат да се пресметаат и дизајнираат со овој метод:
P₁ = 0.107 × 1.3 = 0.139 MPa
P₂ = 0.107 × 3 = 0.321 MPa
Кроз структурно подобрување на гасниот оддел — како што е користење на подебели плочи или додавање на жестокости — одделот целосно ги исполнува барањата за јачина поради зголемената разлика во притисок помеѓу внатрешноста и надворешноста на високи висини. Ова го избегнува влијанието на механички и електрички перформанси на високонапонските преклопчиња внатре, осигурувајќи стабилна работа на номинален гасен притисок и доставувајќи идентични механички и електрички перформанси во високовисински околини како и во равнински области.
Кроз дизајн пресметки и експериментална валидација, зголемувањето на дефинитивната толщина и јачината на мембраната за облекшување на притисок го подобрува капацитетот за толерантност на притисок. Ова гарантира дека опсегот на облекшување на притисок на гасниот оддел одговара на специфицираниот опсег на притисок, што го предизвикува претхранто активирање на уредот за облекшување на притисок поради зголемената разлика во притисок помеѓу внатрешноста и надворешноста во високовисински околини. Ова го одржува нивото на внатрешна изолација и го осигурува електричниот перформанс на количествениот главен агрегат.
2.2 Дизајн на уред за индикација на густината на гас за високи висини
Уредот за индикација на густината на изолаторскиот гас користи запечатен тип на мерач на густината. Покажувачката вредност не е повлијаната од промени во температурата или варијации на надворешниот атмосферски притисок.
За гас-изолирани количествени главни агрегати на високи висини, избраната плотност на гасот во гасниот оддел е запечатен тип на мерач на густината, кој не е повлијан од температурата и висината. Принципот на работа вклучува компензаторски елемент во мерачот на густината, кој овозможува компензација на температурата (не повлијан од температурата). Од друга страна, главата на мерачот има запечатена структура, каде што запечатената камера одржува стандарден атмосферски притисок. Показувачката вредност на мерачот на густината претставува разликата во притисок помеѓу внатрешноста на гасниот оддел и стандардниот атмосферски притисок.
Овој дизајн гарантира дека маскирката на дателот на густина монтиран на гасниот оддел на прстеновиот главен единицавида секогаш точно одразува вистинската густина на гасот во одделот. Покажаната вредност не е влијана од температурата и висината, целосно исполнувајќи оперативните барања за региони на високу висина.2.3 Дизајн на комплетно изолирани бушинги за гасно-изолирани прстенови главни единици на висока висина
Помиме влијанието на гасниот оддел и мерачките инструменти, високата висина исто така влијае на комплетно изолираните компоненти поставени надвор како што се входни/излезните линиски бушинги и кабелски терминални јазици. Изолационата перформанса на овие надворешни комплетно изолирани компоненти е влијана од и изолационата јачина на изолациониот материјал и ползгајната изолационата јачина релативно на земјата. На високи висини, намалената густина на воздухот намалува ползгајната изолационата јачина релативно на земјата. Во пракса, конвенционално дизајнирани гасно-изолирани прстенови главни единици често немаат успех во тестови на издржливост на мрежна напонска тестирање за надворешни изолациони компоненти (на пример, изолациони бушинг или горни-експанзивни шински систем) после деплојирање на високи висини.
За да се справи со ова, овој труд предлага нова дизајн шема за комплетно изолирани бушинги во гасно-изолирани прстенови главни единици на висока висина: додавање земјишко екранирачко слој на надворешната површина на такви изолациони компоненти. Овој дизајн подобрува униформноста на електричното поле и спречува земјишко испуштање од главните шински системи.
Во проектот за надворешна 10 кВ превключувачка станција во Нагчу, Тибет, компанија се среќала со ситуација при акептација тестирање каде што опремата можела само да мине тест на издржливост на мрежна напонска тестирање од 29 кВ/1 мин релативно на земјата. После додавање земјишко екранирачко слој на надворешната изолација на входни/излезните бушинг и надворешни шински системи на гасниот оддел, опремата задоволила国家标准要求的42kV/1分钟对地工频耐压试验。请确认是否需要将此部分内容翻译为马其顿语，因为原文中似乎包含了中文。如果需要，请提供完整的英文版本以便准确翻译。
抱歉，我注意到最后一句意外地包含了一段中文。以下是该部分的完整翻译：
Во проектот за надворешна 10 кВ превключувачка станција во Нагчу, Тибет, компанија се среќала со ситуација при акептација тестирање каде што опремата можела само да мине тест на издржливост на мрежна напонска тестирање од 29 кВ/1 мин релативно на земјата. После додавање земјишко екранирачко слој на надворешната изолација на входни/излезните бушинг и надворешни шински системи на гасниот оддел, опремата задоволила国家标准要求的42kV/1分钟对地工频耐压试验。 Во проектот за надворешна 10 кВ превключувачка станција во Нагчу, Тибет, компанија се среќала со ситуација при акептација тестирање каде што опремата можела само да мине тест на издржливост на мрежна напонска тестирање од 29 кВ/1 мин релативно на земјата. После додавање земјишко екранирачко слој на надворешната изолација на входни/излезните бушинг и надворешни шински системи на гасниот оддел, опремата задоволила国家标准要求的42kV/1分钟对地工频耐压试验。 Во проектот за надворешна 10 кВ превключувачка станција во Нагчу, Тибет, компанија се среќала со ситуација при акептација тестирање каде што опремата можела само да мине тест на издржливост на мрежна напонска тестирање од 29 кВ/1 мин релативно на земјата. После додавање земјишко екранирачко слој на надворешната изолација на входни/излезните бушинг и надворешни шински системи на гасниот оддел, опремата задоволила国家标准要求的42kV/1分钟对地工频耐压试验。 Во проектот за надворешна 10 кВ превключувачка станција во Нагчу, Тибет, компанија се среќала со ситуација при акептација тестирање каде што опремата можела само да мине тест на издржливост на мрежна напонска тестирање од 29 кВ/1 мин релативно на земјата. После додавање земјишко екранирачко слој на надворешната изолација на входни/излезните бушинг и надворешни шински системи на гасниот оддел, опремата задоволила националниот стандард за издржливост на мрежна напонска тестирање од 42 кВ/1 мин релативно на земјата. 2.4 Сумирање на технички ключни точки Повеќање на структурната јачина на гасниот оддел со зголемување на дефинитивноста на јадерната плоча или додавање јакнувачких елементи за исполнување на барањата за опсег на толерантност на притисок и ограничување на деформација поради зголемена диференција на внатрешен-надворешен притисок на високи висини. Подобрување на дизајнот на јачина на дијаграмот за облекшување на притисок во уредот за облекшување на притисок на гасниот оддел. По подобрување, задоволува барањата за опсег на толерантност на притисок за уредот за облекшување на притисок под зголемена диференција на внатрешен-надворешен притисок на високи висини. Усвојување на затворени тип на датели на густина за уреди за указување на притисок. Покажаните вредности не се влијаат од промени на температурата или варијации на надворешниот атмосферски притисок, што ги прави соодветни за околини на висока висина. Дизајн на земјишко екранирачко слој на надворешната површина на надворешни изолациони компоненти на гасниот оддел за подобрување на униформноста на електричното поле и спречување на земјишко испуштање од главните шински системи. 3. Значење на дизајнот на гасно-изолирани прстенови главни единици на висока висина Регионите на високи висини во Кина се огромни, што создава голема потреба за електропловна опрема прилагодена на услови на високи висини. Стандардизацијата и рационалноста на дизајнот на производите имаат ургентна потреба за подобрување. Вистинските варијации на околината во регионите на високи висини поставуваат нови барања на дизајнот на производите. Оваа техничка шема нуди нова теорија и методологија на дизајн, претставувајќи значајна истражување.
Критични аспекти на дизајнот за гасно-изолирани прстенови главни единици на висока висина се следниве:
Оваа дизајн шема има цел да предостави гасно-изолирани прстенови главни единици кои наистина задоволуваат оперативните барања на високи висини. Со паралелно подобрување на јачината на гасниот оддел, подобрување на капацитета за толерантност на притисок на уредите за облекшување на притисок, можност за точна мерење на внатрешна густина на гасот и рационално дизајнирање на соодветни изолациони компоненти, главниот единиц го постигнува целосниот технички адаптација на околини на висока висина. Ова гарантира механичката и електричната перформанса на главниот единиц и овозможува нормална работа на гасно-изолирани прстенови главни единици во околини на висока висина.
