Pagdidisenyo ng Maasamang 24kV na Air & Gas-Insulated Gear

Sa kasalukuyan, ang mga medium-voltage distribution networks sa Tsina ay pangunahing nagpapatakbo sa 10kV. Dahil sa mabilis na pag-unlad ng ekonomiya, ang mga power loads ay lumago, na nagpapakita ng mga limitasyon ng umiiral na paraan ng pagbibigay ng kuryente. Dahil sa sobrang mga benepisyo ng 24kV high-voltage switchgear sa pagtugon sa mas mataas na load capacity demands, ito ay naging popular sa industriya. Pagkatapos ng "Notice on Promoting the 20kV Voltage Level" ng State Grid Corporation, ang 20kV voltage class ay tumaas ang paggamit.

Bilang isang mahalagang produkto para sa voltage level na ito, ang struktura at disenyo ng insulation ng 24kV high-voltage switchgear ay naging mga focal points sa industriya. Ayon sa power industry standard "Common Technical Requirements for High-Voltage Switchgear and Control Equipment" (DL/T 593-2006), malinaw na inilalarawan ang mga espesipikong insulation requirements para sa switchgear. Ang insulation requirements para sa 24kV products ay sumusunod:

Minimum air clearance (phase-to-phase, phase-to-ground): 180mm; Power frequency withstand voltage (phase-to-phase, phase-to-ground): 50/65 kV/min, (across isolation joints): 64/79 kV/min; Lightning impulse withstand voltage (phase-to-phase, phase-to-ground): 95/125 kV/min, (across isolation joints): 115/145 kV/min.

Pansin: Ang data sa kaliwa ng slash ay nauukol sa solidly grounded neutral systems, habang ang data sa kanan ay nauukol sa mga sistema na may neutral grounded through an arc suppression coil o ungrounded.

Ang 24kV high-voltage switchgear ay maaaring ikategorya batay sa insulation method sa air-insulated metal-enclosed switchgear at gas-insulated SF6 ring main units. Ang air-insulated metal-enclosed switchgear para sa 24kV, lalo na ang mid-mounted withdrawable type (na sa ibaba ay tinatawag bilang 24kV mid-mounted switchgear), ay naging isang pangunahing disenyo focus. Ang artikulong ito ay nagpapakilala ng ilang rekomendasyon tungkol sa struktura at disenyo ng insulation ng 24kV mid-mounted switchgear at gas-insulated SF6 ring main units, na ibinibigay para sa reference at comment.

1. Disenyo ng 24kV Mid-Mounted Switchgear

Ang teknolohiya para sa 24kV mid-mounted switchgear ay pangunahing galing sa tatlong pinagmulan: Una, isang upgrade mula sa 12kV KYN28-12 product sa pamamagitan ng direkta na pagpalit ng mga komponente na may kaugnayan sa insulation. Pangalawa, ang mga dayuhang mid-mounted products na pumapasok sa lokal na merkado, tulad ng ABB at Eaton Senyuan. Pangatlo, ang independiyenteng pinag-isyuhan na 24kV mid-mounted switchgear sa China. Ang pangatlong kategorya, na disenyo para sa umiiral na teknikal na kondisyon at pangangailangan sa China, ang pinaka-competitive sa merkado. Kaya, sa panahon ng disenyo nito, ang kabuuang struktura ng produkto at disenyo ng insulation ay dapat mabigyan ng sapat na pagpapahalaga, gaya ng detalyado sa ibaba:

1.1 Equal-Height Cabinet Structure at Triangular Busbar Arrangement

Karamihan sa 12kV mid-mounted switchgear ay gumagamit ng struktura na mas mataas sa harapan at mas mababa sa likod, na ang tatlong busbars ay nakalinya sa triangular (delta) configuration, at ang instrument compartment bilang isang removable, independent structure. Kung gagamitin ang paraan na ito para sa 24kV mid-mounted switchgear, hindi ito makakapagtugon sa minimum air clearance requirement na 180mm. Kaya, ang 24kV mid-mounted switchgear ay dapat gumamit ng equal-height cabinet design, na ang instrument compartment ay nakakonekta sa pangunahing cabinet.

Ang taas ng cabinet ay dapat mapataas nang maayos hanggang 2400mm, na nagbibigay ng mas maraming espasyo para sa busbar at circuit breaker compartments. Ang busbar wall bushings ay dapat ilinya sa triangular configuration. Ang paraang ito ay hindi lamang tumutugon sa air clearance requirements, kundi pati na rin ang efektibong supresyon at pagtahan sa electromagnetic forces, pagpapabuti ng busbar heat dissipation, at pagpapataas ng insulation reliability.

1.2 Rational Design ng Switchgear Width

Mula sa perspektibo ng insulation reliability, ang air insulation ang pinakamareliable; basta matiyak ang minimum insulation clearance, tiyak ang insulation. Sa pag-consider ng fully air-insulated design, ang teoretikal na lapad ng 24kV switchgear ay dapat 1020mm. Gayunpaman, sa aktwal na produksyon, ang karamihan ng mga manufacturer ay pumili ng cabinet width na 1000mm, na nagpapatawan ng composite insulation. Karaniwan, ang heat-shrink tubing ay inilalagay sa busbars, at SMC (Sheet Molding Compound) insulating barriers ay inilalagay sa pagitan ng phases at pagitan ng phase at ground upang mapalakas ang insulation.

1.3 Disenyo para sa Uniform Electric Field Distribution

Ang pagsubok ay nagpapatunay na ang mas mataas ang voltage level, mas mataas ang lokal na electric field strength sa panahon ng power frequency withstand voltage tests, minsan na kasama ang malinaw na corona discharge sounds. Ayon sa regulasyon, basta walang disruptive discharge, ang test ay itinuturing na pumasa. Gayunpaman, ang mataas na lokal na electric field strength ay maaaring makaapekto sa kakayahan ng produkto na magtahan ng overvoltages sa normal na operasyon. 

Kaya, ang disenyo ng produkto ay dapat bigyan ng prayoridad ang pagkamit ng uniform na electric field distribution, na iwasan ang lokal na field concentration. Batay sa praktikal na karanasan, ang pag-form ng conductors upang makamit ang uniform na field ay epektibo. Para sa cut ends ng busbars, gamitin ang forming milling cutter upang hugisin ang mga dulo sa rounded corners. Para sa busbar ends sa loob ng contact box, una ay ihugis sa semi-circular shape, pagkatapos ay hugisin sa rounded corner. Kung posible, ilagay ang metal shielding cover sa labas ng circuit breaker's plum blossom contacts, o embed ang metal shielding mesh sa panahon ng casting ng contact box. Ang mga hakbang na ito ay maaaring epektibong uniform ang electric field distribution, supresyon ng field peaks, at pagpapataas ng insulation levels.

1.4 Paggamit ng Insulating Materials na may Long Creepage Distance

Ang mga insulating materials tulad ng wall bushings, contact boxes, at support insulators ay dapat may enlarged sheds at sapat na creepage distance upang matugunan ang insulation requirements ng 24kV. Lalo na sa disenyo ng contact boxes, dapat na dagdagan ng metal shielding mesh, at ang inner cavity ay dapat gamitin ang tongue-like structure upang iwasan ang mga problema na ineredito ng ring structures, na hindi maaaring epektibong supresyon ng condensation at ang resulta ng pollution accumulation sa panahon ng operasyon.

2. Disenyo ng 24kV Gas-Insulated SF6 Ring Main Units

Ang mga dayuhang 24kV gas-insulated SF6 ring main units ay nagsimula nang maaga; ang mga kompanya tulad ng Siemens at ABB ay ipinakilala ito noong unang bahagi ng 1980s. Ito ay dahil maraming bansa sa ibayo ay gumagamit ng 24kV bilang pangunahing medium-voltage distribution voltage. Ang kanilang mga produkto ay teknikal na advanced, mataas ang performance, at mataas ang reliability. Ang mga lokal na 24kV gas-insulated SF6 ring main units ay lang nagsimula sa kamakailan. Dahil sa iba't ibang kondisyon, ang mga produkto ay nasa research, development, at testing stages pa.

Dahil sa advanced nature ng 24kV gas-insulated SF6 ring main unit technology, ang kanilang struktura at disenyo ng insulation ay dapat humingi ng mature foreign experience. Ang mga sumusunod ay ilang rekomendasyon tungkol sa produkto structure at insulation design:

2.1 Focus sa Structural Rationality

Dahil lahat ng live parts at switches sa 24kV gas-insulated SF6 ring main units ay sealed sa stainless-steel enclosure na puno ng SF6 gas, sila ay compact. Sa structural design, ang insulation strength at humidity ng insulating gas ay dapat mabigyan ng sapat na pagpapahalaga upang rational na disenyo ang dimensions ng cabinet. Ang unit ay dapat may complete functionality, madali ang operasyon, at simple ang struktura.

2.2 Expandability ng Configurations

Ang configuration design ay dapat may expandability. Sa isang tiyak na antas, ang kalidad ng produkto at ang potensyal nito para sa widespread adoption ay depende sa configurational flexibility. Ang standardized, modular design ay nagbibigay ng flexible left at right expansion.

2.3 Reliability ng Insulation Design

Ang pangunahing risk para sa 24kV gas-insulated SF6 ring main units ay ang degradation ng insulation performance. Ang mga factor na nagdudulot ng insulation degradation ay kinabibilangan ng: SF6 gas leakage; polymeric insulation o sealing materials na may tiyak na permeability sa iba't ibang gases (tulad ng water vapor), na nagreresulta sa unacceptable condensation sa inner walls ng container; control ng moisture content sa SF6 gas; at cracks sa insulating components.

Upang iwasan ang insulation degradation, ang mga sumusunod na hakbang ay dapat gawin, tulad ng: paggawa ng gas container mula sa stainless steel gamit ang full welding, na walang sealed openings; paggawa ng cable connection bushings mula sa epoxy cast resin at welded integrally sa container; pagpapataas ng seal ng gas container upang mapababa ang water vapor permeation; regular na pag-measure ng moisture content gamit ang SF6 moisture tester, paglagay ng appropriate amount ng desiccant sa sealed enclosure, at strict na baking ng lahat ng components ayon sa specified temperature at oras; pag-evacuate at charging ng SF6 switchgear, pag-clean ng charging lines gamit ang high-purity N2 o SF6 gas; at pag-minimize ng internal mechanical stress sa insulating components upang iwasan ang aging at cracking. Ang mga hakbang na ito ay epektibong magpapataas ng insulation reliability.

3. Conclusion

Bagama't ang struktura at disenyo ng insulation ng 24kV high-voltage switchgear ay batay sa 12kV switchgear, ang mga requirement ay mas mataas. Bukod dito, dahil sa hindi sapat na praktikal na karanasan, ang lahat ng mga influencing factors ay dapat mabigyan ng sapat na pagpapahalaga sa panahon ng disenyo upang matugunan ang produkto standards.