Дизайн надежного 24кВ воздушного и газонаполненного оборудования

حاليًا، تعمل شبكات التوزيع المتوسطة الجهد في الصين بشكل أساسي على جهد 10 كيلو فولت. مع التطور الاقتصادي السريع، شهدت الأحمال الكهربائية زيادة كبيرة، مما أظهر بشكل متزايد قيود الطرق الحالية لتزويد الطاقة. نظرًا للمزايا المتميزة لألواح الدائرة الكهربائية ذات الجهد العالي 24 كيلو فولت في تلبية طلبات القدرة الأعلى، فقد اكتسبت تدريجيًا قبولاً واسعًا في الصناعة. بعد صدور "الإشعار بشأن تعزيز مستوى الجهد 20 كيلو فولت" من قبل شركة الشبكة الوطنية، شهد مستوى الجهد 20 كيلو فولت زيادة سريعة في الاستخدام.

كمنتج رئيسي لهذا المستوى من الجهد، أصبح تصميم الهيكل والعزل لألواح الدائرة الكهربائية ذات الجهد العالي 24 كيلو فولت نقطة تركيز في الصناعة. وفقًا للمعايير الفنية المشتركة للألواح الكهربائية ذات الجهد العالي ومعدات التحكم (DL/T 593-2006)، يتم تحديد متطلبات العزل الخاصة بالألواح الكهربائية بوضوح. متطلبات العزل لمنتجات 24 كيلو فولت هي كالتالي:

المسافة الهوائية الدنيا (بين الأطوار، بين الطور والأرض): 180 مم؛ الجهد المستمر للألف هرتز (بين الأطوار، بين الطور والأرض): 50/65 كيلو فولت/دقيقة، (عبر نقاط العزل): 64/79 كيلو فولت/دقيقة؛ الجهد المستمر 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 المحايد المتصل بشكل صلب، بينما البيانات الموجودة على الجانب الأيمن تنطبق على الأنظمة ذات المحايد المتصل عبر ملف القمع أو غير المتصل.

يمكن تصنيف ألواح الدائرة الكهربائية ذات الجهد العالي 24 كيلو فولت حسب طريقة العزل إلى ألواح معدنية مغلقة معزولة بالهواء وأجهزة الدائرة الرئيسية المعزولة بغاز SF6. أصبحت ألواح الدائرة الكهربائية المعزولة بالهواء ذات الجهد 24 كيلو فولت، خاصة نوع الوسط المثبت (والذي يشار إليه فيما يلي باسم ألواح الدائرة الكهربائية الوسطية 24 كيلو فولت)، نقطة تركيز رئيسية في التصميم. يناقش هذا المقال بعض التوصيات المتعلقة بهيكل وتصميم عزل ألواح الدائرة الكهربائية الوسطية 24 كيلو فولت وأجهزة الدائرة الرئيسية المعزولة بغاز SF6، مقدمة للرجوع إليها والتعليق عليها.

1. تصميم ألواح الدائرة الكهربائية الوسطية 24 كيلو فولت

تأتي تقنية ألواح الدائرة الكهربائية الوسطية 24 كيلو فولت بشكل أساسي من ثلاثة مصادر: أولاً، التحديث من المنتج KYN28-12 ذو الجهد 12 كيلو فولت عن طريق استبدال المكونات المتعلقة بالعزل مباشرة. ثانياً، دخول المنتجات الوسطية الأجنبية إلى السوق المحلية، مثل تلك من ABB وإيتون سينيوان. ثالثًا، ألواح الدائرة الكهربائية الوسطية 24 كيلو فولت المستقلة التي تم تطويرها داخل الصين. الفئة الثالثة، المصممة خصيصًا لظروف التقنية والمتطلبات الحالية في الصين، هي الأكثر تنافسية في السوق. لذلك، أثناء تصميمها، يجب النظر في بنية المنتج الكلية وتصميم العزل بشكل كامل، كما هو مفصل أدناه:

1.1 بنية الخزانات ذات الارتفاع المتساوي وتوزيع الخطوط الثلاثية

تستخدم معظم ألواح الدائرة الكهربائية الوسطية 12 كيلو فولت بنية أعلى في الأمام وأقل في الخلف، مع ترتيب الخطوط الثلاثية في شكل مثلث (دلتا)، وغرفة الأجهزة كهيكل مستقل قابل للإزالة. إذا تم استخدام هذه الطريقة لألواح الدائرة الكهربائية الوسطية 24 كيلو فولت، فإنه من الواضح أنها لن تلبي متطلب المسافة الهوائية الدنيا البالغة 180 مم. لذلك، يجب أن تستخدم ألواح الدائرة الكهربائية الوسطية 24 كيلو فولت تصميم خزانات ذات ارتفاع متساوي، مع دمج غرفة الأجهزة في الخزان الرئيسي.

يجب زيادة ارتفاع الخزان بشكل مناسب إلى 2400 مم، مما يوفر مساحة أكبر لغرف الخطوط والقواطع. يجب ترتيب الأكمام الجدارية للخطوط في تشكيل مثلث. هذا النهج لا يلبي فقط متطلبات المسافة الهوائية ولكنه يساعد أيضًا على كبح وتحمل القوى الكهرومغناطيسية، ويحسن تبديد الحرارة للخطوط، ويحسن موثوقية العزل.

1.2 تصميم عقلاني لعرض اللوحة الكهربائية

من حيث موثوقية العزل، يعتبر العزل الهوائي أكثر الطرق موثوقية؛ طالما يتم ضمان المسافة الدنيا للعزل، يمكن ضمان العزل بشكل كامل. باعتبار التصميم المُعزَّز بالهواء بالكامل، يجب أن يكون العرض النظري للوحة الكهربائية 24 كيلو فولت 1020 مم. ومع ذلك، في الإنتاج الفعلي، يختار معظم الشركات المصنعة عرض خزان 1000 مم، مما يتطلب استخدام العزل المركب. عادةً ما يتم تطبيق الأنبوب المُقبِّص على الخطوط، وتثبيت الحواجز العازلة SMC (Sheet Molding Compound) بين الأطوار وبين الطور والأرض لتعزيز العزل.

1.3 تصميم لتوزيع المجال الكهربائي الموحد

أثبتت الاختبارات أن كلما زاد مستوى الجهد، كلما زادت شدة المجال الكهربائي المحلي خلال اختبارات الجهد المستمر للألف هرتز، أحيانًا مع وجود أصوات واضحة للشرار الكهربائي. وفقًا للوائح، طالما لا يحدث تفريغ مزعج، يعتبر الاختبار ناجحًا. ومع ذلك، يمكن أن يؤثر شدة المجال الكهربائي المحلية العالية على قدرة المنتج على تحمل الجهد الزائد أثناء التشغيل العادي. 

لذلك، يجب أن يهدف تصميم المنتج إلى تحقيق توزيع مجال كهربائي موحد قدر الإمكان، مع تجنب التركيز المحلي للمجال. من الخبرة العملية، فإن تشكيل الموصلات لتحقيق مجال موحد فعال. بالنسبة لأطراف الخطوط المقطوعة، استخدم قاطع تشكيل لتشكيل الأطراف إلى حواف مستديرة. بالنسبة لأطراف الخطوط داخل صندوق الاتصال، شكّلها أولاً إلى شكل نصف دائري، ثم قم بتقطيعها إلى حواف مستديرة. حيثما يسمح الوضع، قم بتثبيت غطاء درع معدني خارج نقاط الاتصال بلومير للقطع، أو أدخل شبكة درع معدنية أثناء صب صندوق الاتصال. هذه الإجراءات يمكن أن تحقق توزيع مجال كهربائي موحد بكفاءة، وتحقيق تقليل الذروة المحلية للمجال، وتحسين مستويات العزل بشكل أكبر.

1.4 استخدام مواد عازلة ذات مسافة زحف طويلة

يجب أن تحتوي المواد العازلة مثل الأكمام الجدارية وصناديق الاتصال والموصلات الداعمة على أجنحة مكبرة ومسافة زحف كافية لتلبية متطلبات العزل لـ 24 كيلو فولت. خاصة في تصميم صناديق الاتصال، يجب إضافة شبكة درع معدنية، ويجب استخدام هيكل لساني في التجويف الداخلي لتجنب المشكلات المرتبطة بهياكل الحلقات، والتي لا يمكنها بشكل فعال كبح التكاثر والتلوث الناجم عن التكاثف أثناء التشغيل.

2. تصميم وحدات الدائرة الرئيسية المعزولة بغاز SF6 ذات الجهد 24 كيلو فولت

بدأ تطوير وحدات الدائرة الرئيسية المعزولة بغاز SF6 ذات الجهد 24 كيلو فولت في الخارج مبكرًا؛ بدأت شركات مثل سيمنز وأبي بي بي في تقديمها في بداية الثمانينيات. هذا لأن العديد من البلدان الأجنبية تستخدم 24 كيلو فولت كجهد توزيع متوسط ​​أساسي. منتجاتهم متقدمة تكنولوجيًا وعالية الأداء ومعتمدة للغاية. بدأ تطوير وحدات الدائرة الرئيسية المعزولة بغاز SF6 ذات الجهد 24 كيلو فولت المحلية فقط في السنوات الأخيرة. بسبب القيود المختلفة، لا تزال المنتجات في مرحلة البحث والتطوير والاختبار.

نظرًا لتطور تكنولوجيا وحدات الدائرة الرئيسية المعزولة بغاز SF6 ذات الجهد 24 كيلو فولت، يجب أن يستند تصميم الهيكل والعزل لها إلى الخبرة الخارجية الناضجة. فيما يلي بعض التوصيات حول تصميم الهيكل والعزل:

2.1 التركيز على المنطقية الهيكلية

نظرًا لأن جميع الأجزاء الحية والمفاتيح في وحدات الدائرة الرئيسية المعزولة بغاز SF6 ذات الجهد 24 كيلو فولت محبوسة داخل صندوق من الفولاذ المقاوم للصدأ مليء بغاز SF6، فهي مدمجة. في تصميم الهيكل، يجب النظر في قوة العزل ورطوبة الغاز العازل لتصميم أبعاد الخزان بشكل منطقي. يجب أن تكون الوحدة متكاملة الوظائف، سهلة التشغيل، وبسيطة في الهيكل.

2.2 توسعية التكوينات

يجب أن يكون تصميم التكوين قابلاً للتوسع. إلى حد ما، تعتمد جودة المنتج وفرص انتشاره الواسع على مرونة تكوينه. يسمح التصميم القياسي والمتعدد الوحدات بالتوسع بسهولة في الاتجاهين الأيمن والأيسر.

2.3 موثوقية تصميم العزل

المخاطر الرئيسية لوحدات الدائرة الرئيسية المعزولة بغاز SF6 ذات الجهد 24 كيلو فولت هي تدهور أداء العزل. العوامل التي تسبب تدهور العزل تشمل: تسرب غاز SF6؛ المواد العازلة أو الختم البوليمرية التي تتمتع بقدر معين من النفاذية لغازات مختلفة (مثل بخار الماء)، مما يؤدي إلى تكاثف غير مقبول على جدران الحاوية الداخلية؛ السيطرة على محتوى الرطوبة في غاز SF6؛ وتشققات في مكونات العزل.

لمكافحة تدهور العزل، يجب اتخاذ تدابير مقابلة، مثل: تصنيع حاوية الغاز من الفولاذ المقاوم للصدأ باستخدام اللحام الكامل، دون ترك فتحات مغلقة؛ صنع أكمام اتصال الكابلات من راتنج الأيبوكسي المصبوبة ولحامها بشكل متكامل مع الحاوية؛ تعزيز ختم حاوية الغاز لتقليل النفاذية لبخار الماء؛ قياس محتوى الرطوبة بانتظام باستخدام مقياس رطوبة SF6، وضع كمية مناسبة من المادة الماصة للرطوبة في الحاوية المغلقة، وخبز جميع المكونات بدقة وفقًا للدرجة الحرارية والوقت المحدد؛ عند إخلاء وشحن أجهزة التوزيع المعزولة بغاز SF6، تنظيف خطوط الشحن بغاز N2 أو SF6 عالي النقاء؛ وتقليل الضغط الميكانيكي الداخلي في مكونات العزل لمنع الشيخوخة والتشقق. ستؤدي هذه الإجراءات إلى تحسين موثوقية العزل بشكل فعال.

3. الخلاصة

على الرغم من أن تصميم الهيكل والعزل لألواح الدائرة الكهربائية ذات الجهد العالي 24 كيلو فولت يعتمد على ألواح الدائرة الكهربائية 12 كيلو فولت، فإن المتطلبات أعلى بكثير. بالإضافة إلى ذلك، بسبب عدم كفاية الخبرة العملية، يجب النظر في جميع العوامل المؤثرة بشكل كامل أثناء عملية التصميم لتلبية معايير المنتج.