تصميم معدات عازلة بالهواء والغاز ذات موثوقية عالية بجهد 24 كيلوفولت

حالياً، تعمل شبكات التوزيع الكهربائية المتوسطة الجهد في الصين بشكل أساسي على جهد 10 كيلو فولت. مع التطور الاقتصادي السريع، ارتفعت الأحمال الكهربائية بشكل كبير، مما أظهر بشكل متزايد القيود الموجودة في طرق التزويد بالطاقة الحالية. بسبب المزايا الرائعة لألواح التحكم ذات الجهد العالي 24 كيلو فولت في تلبية احتياجات الطاقة الأعلى، بدأ استخدامها يكتسب قبولاً سريعاً في الصناعة. بعد صدور "الإشعار بشأن تعزيز مستوى الجهد 20 كيلو فولت" من قبل شركة الدولة للشبكة الكهربائية، شهد مستوى الجهد 20 كيلو فولت زيادة سريعة في الاستخدام.

كمنتج رئيسي لهذا المستوى من الجهد، أصبح التركيب والتصميم العازل لألواح التحكم ذات الجهد العالي 24 كيلو فولت محوراً للتركيز في الصناعة. وفقاً للمعيار الصناعي للكهرباء "المتطلبات التقنية الشائعة للأجهزة عالية الجهد ومعدات التحكم" (DL/T 593-2006)، يتم تحديد المتطلبات العازلة لأجهزة التحكم بوضوح. المتطلبات العازلة للمنتجات 24 كيلو فولت هي كما يلي:

المسافة الهوائية الدنيا (بين الأطوار، بين الطور والأرض): 180 مم؛ الجهد المقاوم للتكرار (بين الأطوار، بين الطور والأرض): 50/65 كيلو فولت/دقيقة، (عبر نقاط العزل): 64/79 كيلو فولت/دقيقة؛ الجهد المقاوم للصواعق (بين الأطوار، بين الطور والأرض): 95/125 كيلو فولت/دقيقة، (عبر نقاط العزل): 115/145 كيلو فولت/دقيقة.

ملاحظة: البيانات الموجودة على الجانب الأيسر من الشرطة تنطبق على الأنظمة ذات الأرضية المتصلة بشكل صلب، بينما البيانات الموجودة على الجانب الأيمن تنطبق على الأنظمة ذات الأرضية المتصلة عبر ملف القمع أو غير المتصلة بالأرض.

يمكن تصنيف ألواح التحكم ذات الجهد العالي 24 كيلو فولت حسب طريقة العزل إلى ألواح التحكم المعزولة بالهواء والمغلقة بالمعدن وألواح التحكم المعزولة بالغاز SF6. ألواح التحكم المعزولة بالهواء والمغلقة بالمعدن لـ 24 كيلو فولت، خاصة النوع القابل للسحب (والذي سيتم الإشارة إليه فيما بعد باسم ألواح التحكم الوسطى القابلة للسحب 24 كيلو فولت)، أصبحت محوراً رئيسياً للتصميم. يناقش هذا المقال العديد من التوصيات المتعلقة بالتركيب والتصميم العازل لألواح التحكم الوسطى القابلة للسحب 24 كيلو فولت وألواح التحكم المعزولة بالغاز SF6، مقدمة للمرجع والتقييم.

1. تصميم ألواح التحكم الوسطى القابلة للسحب 24 كيلو فولت

تأتي تقنية ألواح التحكم الوسطى القابلة للسحب 24 كيلو فولت أساساً من ثلاثة مصادر: أولاً، التحديث من المنتج KYN28-12 بـ 12 كيلو فولت عن طريق استبدال المكونات المتعلقة بالعزل مباشرة. ثانياً، المنتجات الوسطى القابلة للسحب الأجنبية التي دخلت السوق المحلية، مثل تلك من ABB وEaton Senyuan. ثالثاً، ألواح التحكم الوسطى القابلة للسحب 24 كيلو فولت المستقلة التي تم تطويرها داخل الصين. الفئة الثالثة، المصممة خصيصاً لظروف التقنية والمتطلبات الحالية في الصين، هي الأكثر تنافسية في السوق. لذلك، أثناء تصميمها، يجب النظر بعناية في التركيب العام للمنتج والتصميم العازل، كما هو مفصل أدناه:

1.1 تركيب الخزانات المتساوية الارتفاع وتوزيع الحافلات الثلاثية

تستخدم معظم ألواح التحكم الوسطى القابلة للسحب بـ 12 كيلو فولت بنية أعلى في الأمام وأقل في الخلف، مع ترتيب الحافلات الثلاثية في تكوين ثلاثي (مثلث)، والحجرة الأدوات كهيكل مستقل قابل للإزالة. إذا تم استخدام هذه الطريقة لألواح التحكم الوسطى القابلة للسحب 24 كيلو فولت، فإنه لا يمكنها أن تلبي متطلبات المسافة الهوائية الدنيا البالغة 180 مم. لذلك، يجب أن تستخدم ألواح التحكم الوسطى القابلة للسحب 24 كيلو فولت تصميماً للخزانات المتساوية الارتفاع، مع دمج حجرة الأدوات في الخزان الرئيسي.

يجب زيادة ارتفاع الخزان بشكل مناسب إلى 2400 مم، لتوفير مساحة أكبر للحافلات وحجرات المقاطع. يجب ترتيب الأنابيب الجدارية للحافلات في تكوين ثلاثي. هذا النهج ليس فقط يلبي متطلبات المسافة الهوائية ولكنه أيضاً يقمع ويتحمل القوى الكهرومغناطيسية بفعالية، ويحسن تشتت الحرارة للحافلات، ويحسن موثوقية العزل.

1.2 تصميم عقلاني لعرض لوحة التحكم

من وجهة نظر موثوقية العزل، يعتبر العزل الهوائي أكثر الطرق موثوقية؛ طالما يتم ضمان المسافة العازلة الدنيا، يمكن ضمان العزل تماماً. عند النظر في تصميم العزل الهوائي الكامل، يجب أن يكون العرض النظري للوحة التحكم 24 كيلو فولت 1020 مم. ومع ذلك، في الإنتاج الفعلي، يختار معظم الشركات المصنعة عرض الخزان بمقدار 1000 مم، مما يتطلب استخدام العزل المركب. عادة ما يتم تطبيق أنابيب التقلص الحراري على الحافلات وتثبيت الحواجز العازلة SMC (مادة التشكيل بالضغط) بين الأطوار وبين الطور والأرض لتعزيز العزل.

1.3 تصميم لتوزيع المجال الكهربائي الموحد

أثبتت الاختبارات أن كلما ارتفع مستوى الجهد، كلما ارتفع شدة المجال الكهربائي المحلي خلال اختبارات الجهد المقاوم للتكرار، وأحياناً يصاحبه صوت الانبعاث الكهربائي الواضح. وفقاً للوائح، طالما لم يحدث انبعاث مزعج، يعتبر الاختبار ناجحاً. ومع ذلك، يمكن أن يؤثر شدة المجال الكهربائي المحلي المرتفع على قدرة المنتج على تحمل الجهد الزائد أثناء التشغيل الطبيعي.

لذلك، يجب أن يركز تصميم المنتج على تحقيق توزيع مجال كهربائي موحد قدر الإمكان، تجنب التركيز المحلي للمجال. من الخبرة العملية، يعتبر تشكيل الموصلات لتحقيق توزيع موحد للمجال فعالاً. بالنسبة لنهايات الحافلات المقطوعة، استخدم آلة القطع المتشكلة لتشكيل النهايات إلى زوايا مستديرة. بالنسبة لنهايات الحافلات داخل صندوق الاتصال، شكّلها أولاً إلى شكل نصف دائري، ثم قم بتشكيلها إلى زوايا مستديرة. حيثما يسمح الوضع، قم بتثبيت غطاء درع معدني خارج نقاط الاتصال المثلثة للمقطع، أو قم بترصيع شبكة درع معدنية أثناء صب صندوق الاتصال. هذه الإجراءات يمكن أن تحقق توزيع مجال كهربائي موحد بكفاءة، وتقلل من الذروات الميدانية، وتحسن مستويات العزل بشكل أكبر.

1.4 استخدام مواد عازلة ذات مسافة زحف طويلة

يجب أن تكون المواد العازلة مثل الأنابيب الجدارية وأقفاص الاتصال والعوازل الداعمة ذات حواف مكبرة ومسافة زحف كافية لتلبية متطلبات العزل لـ 24 كيلو فولت. خاصة في تصميم أقفاص الاتصال، يجب إضافة شبكة درع معدنية، وأن يكون التجويف الداخلي لهيكل لساني لتجنب المشاكل المتأصلة في الهياكل الحلقة، والتي لا يمكنها تقليل التكاثف وتراكم التلوث أثناء التشغيل بشكل فعال.

2. تصميم وحدات حلقة SF6 الغازية 24 كيلو فولت

بدأت وحدات حلقة SF6 الغازية 24 كيلو فولت الأجنبية مبكراً؛ بدأت الشركات مثل سيمنز وABB في تقديمها في أوائل الثمانينيات. هذا لأن العديد من البلدان الأجنبية تستخدم 24 كيلو فولت كجهد توزيع متوسط ​​أساسي. منتجاتها متطورة تقنياً وعالية الأداء ومعتمدة بشدة. بدأ تطوير وحدات حلقة SF6 الغازية 24 كيلو فولت المحلية فقط في السنوات الأخيرة. محدودة بالظروف المختلفة، لا تزال المنتجات في مرحلة البحث والتطوير والاختبار.

نظرًا لتطور تقنية وحدات حلقة SF6 الغازية 24 كيلو فولت، يجب أن يعتمد تصميمها البنائي والعزولي على الخبرات الأجنبية الناضجة. فيما يلي بعض التوصيات حول تصميم المنتج البنائي والعازولي:

2.1 التركيز على العقلانية البنائية

نظرًا لأن جميع الأجزاء الحية والمفاتيح في وحدات حلقة SF6 الغازية 24 كيلو فولت مغلقة داخل غلاف من الفولاذ المقاوم للصدأ مملوء بالغاز SF6، فهي مدمجة. في التصميم البنائي، يجب الأخذ بعين الاعتبار قوة العزل ورطوبة الغاز العازل لتصميم أبعاد الخزان بشكل عقلاني. يجب أن تكون الوحدة كاملة الوظائف، سهلة التشغيل، وبسيطة في البنية.

2.2 توسعية التكوين

يجب أن يكون تصميم التكوين قابلاً للتوسع. إلى حد ما، تعتمد جودة المنتج وفرصه للانتشار الواسع على مرونة التكوين. يسمح التصميم القياسي والوحدة بتوسع مرنة من اليسار واليمين.

2.3 موثوقية التصميم العازل

الخطر الرئيسي لوحدات حلقة SF6 الغازية 24 كيلو فولت هو تدهور أداء العزل. العوامل المؤدية لتدهور العزل تشمل: تسرب الغاز SF6؛ وجود بعض النفاذية للمواد العازلة أو المواد المختومة لغازات مختلفة (مثل بخار الماء)، مما يؤدي إلى تكاثف غير مقبول على جدران الحاوية الداخلية؛ السيطرة على محتوى الرطوبة في الغاز SF6؛ وشقوق في المكونات العازلة.

لمكافحة تدهور العزل، يجب اتخاذ تدابير متناسبة، مثل: تصنيع حاوية الغاز من الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام اللحام الكامل، دون ترك فتحات مختومة؛ صنع أغطية الاتصال الكابلية من راتنج الإيبوكسي المصبوب ولحامها بشكل متكامل مع الحاوية؛ تعزيز ختم حاوية الغاز لتقليل النفاذية لبخار الماء؛ قياس محتوى الرطوبة بشكل منتظم باستخدام مقياس رطوبة SF6، وضع كمية مناسبة من المادة المجففة في الحاوية المغلقة، وإجراء تحميص جميع المكونات بدقة وفقاً للدرجة الحرارية والزمن المحدد؛ عند تفريغ وشحن أجهزة التحكم بـ SF6، تنظيف خطوط الشحن باستخدام غاز N2 أو SF6 عالي النقاء؛ وتقليل الإجهاد الميكانيكي الداخلي للمكونات العازلة لمنع الشيخوخة والشقوق. هذه الإجراءات ستزيد من موثوقية العزل بشكل فعال.

3. الخاتمة

بالرغم من أن بنية وتصميم العزل لأجهزة التحكم ذات الجهد العالي 24 كيلو فولت تستند إلى أجهزة التحكم 12 كيلو فولت، فإن المتطلبات أعلى بكثير. بالإضافة إلى ذلك، بسبب عدم كفاية الخبرة العملية، يجب الأخذ بعين الاعتبار جميع العوامل المؤثرة أثناء عملية التصميم لتلبية معايير المنتج.