Orta Gerilim Anahtar Kapanlarının Güvenlik ve Güvenilirlik Garantisi Analizi
Güç sistemleri operasyonları alanında profesyonel olarak çalışırken, orta gerilimli (OG) anahtar kabinetlerinin güç dağıtım, ölçüm ve koruma konularında kritik bir rol oynadığını anlıyorum. İşletimsel güvenliği ve güvenilirliğini sağlamak çok önemlidir—herhangi bir arızanın tüm güç sistemini ciddi şekilde etkileyebileceğini biliyoruz. Güvenilirliği artırmak için tasarım düzeyindeki iyileştirmeleri önceliklendirmeliyiz, böylece OG anahtar kabinetlerinin fonksiyonlarını yerine getirebilsin ve şebeke istikrarını sağlayabilsin.
1. Orta Gerilimli Anahtar Kabinetlerinin Tanımı
Uygulamamda, OG anahtar kabinetleri, GB 3906—2020 AC Metal Kaplama Anahtar Kabinetleri ve Kontrol Ekipmanları, Nominal 3.6 kV ile 40.5 kV Arasındaki Gerilimlerde tanımlandığı gibi metal kaplama anahtar kabinetlerini ifade eder: gelen/giden iletkenler dışında tamamen metalle kaplanmış ekipmanlardır.
Güç sistemlerinde, OG anahtar kabinetleri jenerasyon, iletim ve dağıtım aşamalarında anahtarlama, ölçüm, güç dağıtım ve koruma işlevlerini yerine getirir. İşlem sırasında, şebeke taleplerine göre yapılandırmasını ayarlarım—ekipmanları/gerilim hatlarını şebeke istikrarını korumak için bağlar veya ayırırım. Şebekedeki cihazlarda veya hatlarda arızalar olduğunda, OG anahtar kabinetlerini kullanarak hemen hatalı bölümü izole eder, bu sayede etkilenmeyen alanlara kesintisiz güç sağlanmasını sağlarım.
2. Orta Gerilimli Anahtar Kabinetlerinin Güvenilirliğinin Önemi
OG anahtar kabinetleri güç sistemlerinde yaygın olarak kullanılır. Çin'in şebeke genişlemesi ve karmaşıklığının artmasıyla, şebekeler toplumsal talepleri karşılamak için daha ağır yükler taşıyor. Deneyimime dayanarak, sadece OG anahtar kabinetlerinin güvenilirliğini sağlayarak, güç dağıtım, ölçüm ve koruma işlemlerini etkin bir şekilde yönetebilir, bu da genel şebeke istikrarını sağlar.
OG anahtar kabinetlerinde herhangi bir güvenlik olayı veya işlem başarısızlığı, dağıtım sistemini istikrarsızlaştırır, güç tedarikini tehlikeye atar. Aşırı durumlarda, bu büyük çaplı kesintilere yol açabilir, sosyal üretim için önemli ekonomik kayıplara neden olabilir. Bu nedenle, OG anahtar kabinetlerinin güvenilirliğini çok yönlü önlemlerle artırmaya vurgu yapıyorum, böylece stabil işlevselliği ve şebeke desteği sağlayabilmek için.
3. Orta Gerilimli Anahtar Kabinetlerinin Güvenilirliğini Artırmak İçin Stratejiler
3.1 Kaplama Yapısının Rasyonel Tasarımı
Bilimsel kaplama tasarımı, OG anahtar kabinetlerinin güvenilirliğini sağlamak için temeldir, mühendislik uygulamamda bunu önceliklendiririm. Örneğin:
Bu tasarım iyileştirmeleri, endüstri en iyi uygulamalarına uygun olup, OG anahtar kabinetlerinin gerçek dünyada güvenlik ve performans gereksinimlerini karşılamasını sağlar.
3.2 Yalıtım Yapısının Rasyonel Tasarımı
Orta-düşük gerilimli anahtar kabinetlerinin güvenliğini ve güvenilirliğini artırmak için yalıtım tasarımını güçlendirmek önemlidir. Pratik tasarım sırasında, yalıtım gereksinimlerini karşılamak yanı sıra, tasarım maliyeti ve çevre koruması gibi faktörler de göz önünde bulundurulmalıdır.
3.2.1 Yalıtım Gazlarının Rasyonel Seçimi
Orta gerilimli anahtar kabinetlerinde, SF₆ gazı uzun yıllardır başlıca yalıtım ortamı olmuştur. Ancak, bu gaz hem zehirlidir hem de GWP (Küresel Isıma Potansiyeli) açısından son derece yüksektir. CO₂, yüksek GWP'ye sahip bir sera gazıdır, ancak SF₆ gazının GWP'si CO₂'nin 23.900 katıdır, bu da doğal çevreye olan zararının büyüklüğünü gösterir. Kritik kesme performans gereksinimlerine sahip olmayan orta-düşük gerilimli anahtar kabinetlerinde, tasarım açısından, SF₆ gazını N₂ veya kurutulmuş hava ile değiştirmeye çalışabiliriz. N₂ ve kurutulmuş hava, SF₆ gazının yalıtım performansının yaklaşık %30'unu sağlayabilir. N₂, kurutulmuş hava ve SF₆ gazı arasındaki performans karşılaştırmaları Tablo 1'de gösterilmiştir.
Tablo 1'de belirtildiği gibi, N₂ ve kurutulmuş hava, sera gazı değildir ve ekolojik çevreye tehdit oluşturmaz. Ayrıca düşük kaynama noktaları, normal kullanım sırasında bile aşırı soğuk bölgelerde likitleşme endişesini ortadan kaldırır. Notable olarak, N₂, hava içindeki asıl bileşen olup kimyasal özelliklerini stabil tutar. Ancak, aşırı yüksek N₂ konsantrasyonu, oksijen eksikliği nedeniyle boğulma riskini artırabilir. N₂'yı yalıtım gazı olarak kullanırken, ventilasyon ve koruyucu ekipmanlar yapılandırılmalıdır. Kurutulmuş hava, ise bu sorunları önler. Genel karşılaştırma sonucunda, kurutulmuş hava, anahtar kabinetlerinin yalıtım tasarımında SF₆'yi değiştirerek kullanılabilir.
Kurutulmuş hava, yalıtım gazı olarak kullanıldığında, minimum hava boşluğunun tasarımı düşünülmelidir. İlgili standartlara göre, 12 kV nominal gerilim için, fazlar arası ve faz-zemine minimum hava boşluğu 125 mm olmalıdır. Yoğunlaşma testi geçilirse, minimum hava boşluğu 125 mm'den biraz daha küçük olabilir. Kurutulmuş hava, yalıtım gazı olarak kullanıldığında, minimum hava boşluğunun uygun bir şekilde azaltılması mümkün olabilir.
3.2.2 Gaz Boşluklarındaki Kesme Geriliminin Artırılması
Tasarım sürecinde, orta-düşük gerilimli anahtar kabinetlerinin güvenliğini ve güvenilirliğini sağlamak için, gaz boşluklarındaki kesme gerilimini de artırmak gerekir, belirli yöntemler şu şekildedir:
Orta-düşük gerilimli anahtar kabinetlerinde elektrik alanı dağılımını iyileştirme. Bu, gerçek koşullara göre elektrot şekillerini optimize ederek veya mekanik yüklerden faydalanarak elektrik alan homojenliğini artırarak gerçekleştirilebilir. Elektrik alan homojenliği çok kötüyse, engeller eklemek de bir seçenek olabilir.
Kurutulmuş havanın iyonlaşmasını baskıurma. Orta gerilimli anahtar kabinetlerinde yüksek basınç uygulanarak, kurutulmuş havanın iyonlaşmasını zayıflatabilir. Alternatif olarak, orta gerilimli anahtar kabinetlerinde yüksek vakum kullanılabilir, aynı etkiye ulaşmak için.
Yüksek basınç veya yüksek vakum kullanıldığında, gaz tankı dayanımı çok yüksek olması gerekir ve pratik uygulamalarda sızıntı sorunlarına neden olabilir, bu da ciddi sonuçlara yol açabilir. Bu nedenle, gerçek tasarım sırasında, elektrot şekillerini iyileştirmek ve aşırı inhomojen elektrik alanlarda engeller eklemek, gaz boşluklarındaki kesme gerilimini artırmak için daha uygun yöntemlerdir.
3.3 Bileşenlerin Rasyonel Seçimi
Orta gerilimli anahtar kabinetlerinin çekirdek bileşenleri, vakum devre kesicileri, vakum kesici ve temaslar, ekipmanın işletimsel güvenliği ve güvenilirliğini doğrudan etkileyerek sıkı kalite kontrolü gerektirir.
ABB anahtar kabinetlerini örnek olarak alalım. Vakum kesicileri, otomatik yüksek gerilim testleri ile yalıtım gücünü doğrulayan ve bir inerte gaz dolu odada iç basıncı ölçen spiral manyetron cihazlarıyla zorlu teslim öncesi kontrollerden geçirilir. Belirli bir izolasyon döneminden sonra ikinci bir basınç testi gerçekleştirilir ve sonuçlar karşılaştırılır, böylece sıkılık performansının standartları karşıladığından emin olunur.
Üretimde, ABB vakum kesicileri sıkı çevre ve süreç kontrolleri gerektirir. CalorEmag'ın Alman fabrikasında üretilen bu ekipmanlar, bölgesel orta gerilimli anahtar kabinet şirketleri tarafından profesyonel olarak monte edilir ve merkezi bir şekilde sağlanır. Bileşen malzemeleri için Cu-Cr ve W-C-Ag gibi yüksek performanslı alaşımlar önceliklidir, böylece dayanıklılık garantilidir.Montaj, özel temiz odalarda, "bir kez sıkıştırma ve boşaltma" prosedürü ile gerçekleştirilir: 800°C yüksek sıcaklık altında, önce yüksek vakum elde edilir, ardından aynı anda kaynak ve sıkıştırma yapılır, böylece süreç güvenilirliği garanti edilir.
Vakum kesicilerin R&D evrimi, sürekli performans optimizasyonunu yansıtır: erken montajlar havaya maruz kaldıkça yalıtım bölümleri ile yalıtım sağlardı. Sonrasında, kesiciler ve temaslar üzerinde yalıtım kollara eklenerek elektrik alan dengelemesi sağlandı, ardından kesiciler ve temaslar bütünleştirilerek faz-faz yalıtım ve darbe direnci artırıldı, aynı zamanda çevre dostu malzemeler kullanılarak performans ve çevre bilincini birleştirdi.
3.4 Tasarım Doğrulama Testlerinin Rasyonel Planlanması
Orta gerilimli anahtar kabinetlerinin tasarımı tamamlandığında, deneysel doğrulama kritik bir aşamadır. Gerçek doğrulama, GB 3906—2020 AC Metal Kaplama Anahtar Kabinetleri ve Kontrol Ekipmanları, Nominal 3.6 kV ile 40.5 kV Arasındaki Gerilimler, GB/T 11022—2020 Yüksek Gerilimli AC Anahtar Kabinetleri ve Kontrol Ekipmanları Ortak Teknik Gereksinimleri, ve GB/T 1984—2014 Yüksek Gerilimli AC Devre Kesicileri gibi ilgili standartlara sıkı sıkıya uygun olmalıdır.
Tip Testlerinin Ana Noktaları
Orta gerilimli anahtar kabinetlerinin elektriksel bileşenleri ve yardımcı unsurlarının kapsamlı performans doğrulaması, teknik parametrelerin gereksinimleri karşıladığını sağlamak için yapılmalıdır. Tasarım süreçleri veya üretim koşulları değiştiğinde, tip testleri yeniden gerçekleştirilmesi gerekir, böylece ekipmanın güvenliği ve güvenilirliği garanti edilir. Normal üretim koşullarında üretilen ekipmanlar için genellikle her 8 yılda bir sıcaklık yükseltme testi gereklidir; mekanik operasyon testleri, operasyon performansını incelemek için yapılır; aynı zamanda kısa süreli dayanıklılık ve zirve dayanıklılık testleri gibi güvenlik doğrulama öğeleri de gerekli olur.
Örneğin, ABB orta gerilimli anahtar kabinetleri, bugüne kadar en sıkı standartlara göre birçok ülkede deneysel doğrulamaları geçmiştir, bu da muhteşem güvenlik ve güvenilirliği göstermiştir. İç arka testi örneğin, aşağıdaki noktaları doğrular:
4 Sonuç
Güç sisteminin merkezi bir bileşeni olarak, orta gerilimli anahtar kabinetlerinin işletimsel güvenliği, şebeke güvenliğini doğrudan etkiler. Bu nedenle, ekipmanın güvenliği ve güvenilirliği tasarımını güçlendirmek, standartlara göre teknik parametreleri sıkı bir şekilde optimize etmek ve sistemli doğrulama testleri aracılığıyla sağlam bir güvenlik savunması oluşturmak, orta gerilimli anahtar kabinetlerinin güç sisteminde dağıtım, koruma ve kontrol fonksiyonlarını istikrarlı bir şekilde yerine getirmesini sağlar.
