Luotettavan 24kV ilma- ja kaasueristettyyn laitteistoon suunnittelu

Tällä hetkellä Kiinan keski-jänniteverkot toimivat pääasiassa 10 kV:n jännitteellä. Nopean taloudellisen kehityksen myötä sähköntuotannon kuorma on kasvanut, mikä on yhä enemmän paljastanut nykyisten sähköntarjoamismenetelmien rajoitukset. Koska 24 kV:n korkeajännitepistorakenteilla on erinomaiset eturivit vastaamaan suurempiin kuorman kapasiteettitarpeisiin, ne ovat hiljalleen saavuttaneet suosiota alalla. Valtiollisen sähköverkon "Ilmoitus 20 kV:n jänniteasteen edistämisestä" seurauksena 20 kV:n jänniteasteen käyttö on nousemassa nopeasti.

Tämän jänniteasteen avainosana tuote, 24 kV:n korkeajännitepistorakenteiden rakenne ja eristys suunnittelu ovat tulleet alalla keskeisiksi aiheiksi. Sähköalan standardin "Yleiset tekniset vaatimukset korkeajännitepistorakenteille ja ohjauslaitteille" (DL/T 593-2006) mukaan pistorakenteiden eristysvaatimukset on selkeästi määritelty. 24 kV:n tuotteiden eristysvaatimukset ovat seuraavat:

Minimiilmaeriste (vaihe-vaihe, vaihe-maa): 180 mm; Vaihevaihtovirtajännite (vaihe-vaihe, vaihe-maa): 50/65 kV/min, (eristyseroissa): 64/79 kV/min; Ukkojännite (vaihe-vaihe, vaihe-maa): 95/125 kV/min, (eristyseroissa): 115/145 kV/min.

Huomio: Slashin vasemmalla puolella olevat tiedot koskevat vahvasti maanjäristettyjä neutraalijärjestelmiä, kun taas slashin oikealla puolella olevat tiedot koskevat neutraaleja, jotka on maanjäristetty arkunpurkujen kautta tai ei maanjäristetty.

24 kV:n korkeajännitepistorakenteet voidaan luokitella eristystavan mukaan ilmaeristettyihin metalliulosteisiin pistorakenteisiin ja kaasueristettyihin SF6-rengasjakoihin. 24 kV:n ilmaeristetty metalliulosteinen pistorakenne, erityisesti keskikohtaista vetokappaleen mallia (tässä jatkossa 24 kV:n keskikohtainen pistorakenne), on tullut keskeiseksi suunnittelukohteeksi. Tässä artikkelissa esitetään useita suosituksia 24 kV:n keskikohtaisen pistorakenteen ja kaasueristetyn SF6-rengasjakon rakenteen ja eristyksen suunnittelusta arviointiin ja kommentointiin.

1. 24 kV:n keskikohtaisen pistorakenteen suunnittelu

24 kV:n keskikohtaisen pistorakenteen teknologia tulee pääasiassa kolmesta lähteestä: Ensiksi, 12 kV:n KYN28-12 tuotteen päivitys, jossa eristystä koskevat komponentit korvataan suoraan. Toiseksi, ulkomaiset keskikohtaiset tuotteet, kuten ABB:n ja Eaton Senyuannin tuotteet, jotka pääsevät kotimaamarkkinoille. Kolmanneksi, itsenäisesti kehitetyt 24 kV:n keskikohtaiset pistorakenteet Kiinassa. Kolmas ryhmä, joka on suunniteltu Kiinan nykyisten tekniikan ehtojen ja vaatimusten mukaan, on kilpailukykyisin markkinoilla. Siksi sen suunnittelussa täytyy huomioida kokonaistuotteen rakenne ja eristys suunnittelu, kuten alla yksityiskohtaisemmin kerrotaan:

1.1 Yhtäkorkea kabinettrakenne ja kolmiojärjestely

Useimmat 12 kV:n keskikohtaiset pistorakenteet käyttävät rakennetta, joka on korkeampi edessä ja matalampi takana, kolmen vaiheen busbarit on asetettu kolmion muodossa, ja mittauskabinetti on poisto- ja riippumaton rakenne. Jos tämä menetelmä käytetään 24 kV:n keskikohtaiseen pistorakenteeseen, se ei selvästi täytä 180 mm:n minimiilmaeristevaatimusta. Siksi 24 kV:n keskikohtaisessa pistorakenteessa pitäisi käyttää yhtäkorkeaa kabinettrakennetta, jossa mittauskabinetti on integroitu pääkabinetin kanssa.

Kabinetin korkeuden pitäisi olla asianmukaisesti nostettu 2400 mm:ään, jotta busbari- ja sulkuosiot saavat lisää tilaa. Busbarin seinäbussit pitäisi asettaa kolmion muodossa. Tämä lähestymistapa ei ainoastaan täytä ilmaeristevaatimuksia, mutta myös tehokkaasti hillitsee ja kestää sähkömagneettisia voimia, parantaa busbarin lämmön siirtymistä ja parantaa eristysluotettavuutta.

1.2 Järkevä pistorakenteen leveys suunnittelu

Eristysluotettavuuden näkökulmasta ilmaeristys on luotettavin menetelmä; jos vain minimieristysväli on varmistettu, eristys voidaan täysin varmistaa. Ottaen huomioon täysin ilmaeristetyn suunnittelun, 24 kV:n pistorakenteen teoreettinen leveys pitäisi olla 1020 mm. Kuitenkin todellisessa tuotannossa useimmat valmistajat valitsevat 1000 mm:n kabinetin leveyden, mikä edellyttää yhdistettyä eristystä. Yleensä busbareihin sovelletaan kiintymäkuvustoa, ja vaiheiden välille ja vaihe-maan välille asennetaan SMC (Sheet Molding Compound) -eristysesteitä eristysluotettavuuden parantamiseksi.

1.3 Suunnittelu tasaiselle sähkökentän jakautumiselle

Testit osoittavat, että mitä korkeampi jännite, sitä korkeampi paikallinen sähkökentän voimakkuus vaihevaihtovirtajännitekokeissa, joskus seuraamana havaittavilla korona-ulkostuloksilla. Määräysten mukaan, jos ei ole häiriöulostuloa, koe pidetään hyväksyttyä. Kuitenkin korkea paikallinen sähkökentän voimakkuus voi vaikuttaa tuotteen kykyyn kestää liian korkeita jännitteitä normaalissa käytössä. 

Siksi tuotteen suunnittelussa pitäisi priorisoida mahdollisimman tasainen sähkökentän jakautuminen, välttäen paikallista kentän keskittymistä. Käytännöstä käy ilmi, että johtimet muotoilemalla voidaan saavuttaa tasainen kenttä. Busbarien leikkauspäissä käytetään muotoilupohjustinta, jolla leikkauspäät muotoillaan pyöreäksi. Kontaktilaatikon sisäisille busbaripäissä ensin muotoillaan puolikruunamuotoinen, sitten pohjustetaan pyöreäksi. Missä mahdollista, asennetaan sulkuimen pruunikuulten kontaktien ulkopuolelle metallinen suojakerros, tai upotetaan metallinen suojaverkko kontaktilaatikon vuotteen aikaansaamisessa. Nämä toimenpiteet voivat tehokkaasti tasapainottaa sähkökentän jakautumista, hillitä kentän huippuja ja parantaa eristystasoa.

1.4 Pitkä kohoaminen omaavien eristysmateriaalien käyttö

Seinäbussit, kontaktilaatikot ja tukieristimet kaltaiset eristysmateriaalit täytyy olla laajennettuja hylsyjä ja riittävää kohoamista, jotta vastataan 24 kV:n eristysvaatimuksiin. Erityisesti kontaktilaatikon suunnittelussa on lisättävä metallinen suojaverkko, ja sisätila on käytettävä kielekemuotoista rakennetta välttääksesi rengasmuotoisten rakenteiden ongelmat, jotka eivät pysty tehokkaasti hillitsemään kondensaatiota ja sen seurauksena syntyvää saastumista käytössä.

2. 24 kV:n kaasueristettyjen SF6-rengasjakojen suunnittelu

Ulkomailla 24 kV:n kaasueristettyjen SF6-rengasjakojen alkuperä on varhainen; yritykset kuten Siemens ja ABB aloittivat niiden käytön 1980-luvun alussa. Tämä johtuu siitä, että monet ulkomaiset maat käyttävät 24 kV:tä päärungon keski-jänniteverkon jännitteellä. Heidän tuotteensa ovat teknologisesti edistyneitä, suorituskykyisiä ja luotettavia. Kiinan 24 kV:n kaasueristettyjä SF6-rengasjakojen kehitys on tapahtunut vasta viime vuosina. Eri ehdot rajoittavat, ja tuotteet ovat vielä tutkimus-, kehitys- ja testivaiheessa.

Koska 24 kV:n kaasueristettyjen SF6-rengasjakojen teknologia on edistynyttä, niiden rakenne ja eristys suunnittelu täytyy perustua ulkomaisiin kypsyviin kokemuksiin. Seuraavaksi on useita suosituksia tuotteen rakenteen ja eristys suunnittelusta:

2.1 Rakennerationaalisuuden painotus

Koska kaikki elävät osat ja suljet 24 kV:n kaasueristettyjen SF6-rengasjakojen sisällä on suljettu teräskaapissa, joka on täynnä SF6-kaasua, ne ovat tiiviitä. Rakennussuunnittelussa täytyy huomioida eristysvoima ja eristyskaasun kosteus, jotta kaapin mitat voidaan suunnitella järkevästi. Laite täytyy olla toiminnallisesti täydellinen, helppokäyttöinen ja yksinkertainen rakenteeltaan.

2.2 Konfiguraatioiden laajentuvuus

Konfiguraatioiden suunnittelussa täytyy olla laajentuvuus. Tietysti laadukkaan tuotteen ja sen levittymisen mahdollisuudet riippuvat konfiguraation joustavuudesta. Standardisoitu, modulaarinen suunnittelu sallii joustavan oikean ja vasemman laajentumisen.

2.3 Eristys suunnittelun luotettavuus

24 kV:n kaasueristettyjen SF6-rengasjakojen pääasiallinen riski on eristysominaisuuksien heikentyminen. Eristyksen heikennyksen aiheuttavat tekijät ovat: SF6-kaasun vuoto; polymeerinen eristys tai tiiviste, jolla on tietty läpäisyky eri kaasuille (kuten vesihaara), mikä johtaa siihen, että kaapin sisäpuolelle kertyy sietämätön kondensaatio; SF6-kaasun kosteuden hallinta; ja eristyskomponenttien kraaput.

Eristyksen heikennyksen estämiseksi on otettava asianmukaiset toimenpiteet, kuten: kaasukaapin valmistus ruostumatonta terästä täysihaarnauhoilla, jättämättä tiivistettyjä aukkoja; kaapeliyhteyden seinäbussit valmistetaan epoksi-kastetulla resiinalla ja haarnaudutaan kokonaisuudessaan kaapin kanssa; kaasukaapin tiivistiä parannetaan vähentääkseen vesihaaran läpäisyä; kosteuden mittaaminen säännöllisesti SF6-kosteusmittarilla, asentamalla sopiva määrä kuivattainta tiivistettyyn kaapin sisälle, ja kaikkien komponenttien tiukka paistaminen määritellyillä lämpötiloilla ja ajoilla; SF6-pistorakenteen tyhjiöntäminen ja täyttäminen, kaasujen putkien puhdistaminen korkeapuhtaudella N2:lla tai SF6-kaasulla; ja eristyskomponenttien sisäisen mekaanisen stressin vähentäminen, estääkseen ikääntymisen ja kraaputuksen. Nämä toimenpiteet parantavat tehokkaasti eristysluotettavuutta.

3. Johtopäätös

Vaikka 24 kV:n korkeajännitepistorakenteiden rakenne ja eristys suunnittelu perustuvat 12 kV:n pistorakenteisiin, vaatimukset ovat huomattavasti korkeammat. Lisäksi riittämättömän käytännön toimintakokemuksen vuoksi kaikki vaikutustekijät täytyy huomioida suunnitteluvaiheessa, jotta tuotteet vastaavat standardeja.