Dizajn pouzdanog 24kV zračnog i plinsko izoliranog opreme

Trenutno, srednji-voltni distribucijski mreže u Kini uglavnom funkcioniraju na 10kV. S brzim ekonomskim razvojem, električne opterećenja su se povećala, sve više otkrivajući ograničenja postojećih metoda opskrbe strujom. Zbog izvanrednih prednosti visokovoltnih uređaja na 24kV za zadovoljavanje većih potreba za kapacitetom, oni tiho stječu priznanje unutar industrije. Nakon objave "Obavijesti Državnog električnog poduzeća o promicanju naponske razine od 20kV", naponska razina od 20kV doživjela je brz porast u upotrebi.

Kao ključni proizvod ove naponske razine, konstrukcija i dizajn izolacije visokovoltnih uređaja na 24kV postali su fokusa industrije. Prema standardu elektroenergetske industrije "Zajednički tehnički zahtjevi za visokovoltnim prekidnim uređajima i nadzornim opremama" (DL/T 593-2006), specifični zahtjevi za izolaciju uređaja su jasno definirani. Zahtjevi za izolaciju proizvoda na 24kV su sljedeći:

Minimalna zračna razina (između faza, između faze i zemlje): 180mm; Izdržljivost na naponsku probu na snazi struje (između faza, između faze i zemlje): 50/65 kV/min, (preko izolacijskih spojeva): 64/79 kV/min; Izdržljivost na udarnu probu bleskom (između faza, između faze i zemlje): 95/125 kV/min, (preko izolacijskih spojeva): 115/145 kV/min.

Napomena: Podaci lijevo od kose crte primjenjuju se na sustave s čvrsto priključenim neutralnim vodnikom, dok podaci desno od kose crte primjenjuju se na sustave s neutralnim vodnikom priključenim preko cijevi za potisivanje luka ili nepriključene.

Visokovoltni uređaji na 24kV mogu se klasificirati prema metodi izolacije u metalne oklopne uređaje s zračnom izolacijom i SF6 gasne koloturne jedinice. Metalne oklopne uređaje s zračnom izolacijom za 24kV, posebno tip s povlačnim mehanizmom srednje pozicije (u daljnjem tekstu nazivamo ih 24kV povlačnim uređajima srednje pozicije), postali su ključni fokus dizajna. Ovaj članak raspravlja o nekoliko preporuka vezanih uz konstrukciju i dizajn izolacije 24kV povlačnih uređaja srednje pozicije i SF6 gasnih koloturnih jedinica, ponuđenih za referencu i komentar.

1. Dizajn 24kV povlačnih uređaja srednje pozicije

Tehnologija za 24kV povlačne uređaje srednje pozicije dolazi uglavnom iz tri izvora: Prvo, nadogradnja proizvoda KYN28-12 na 12kV direktnom zamjenom komponenata vezanih uz izolaciju. Drugo, strani povlačni proizvodi koji ulaze na domaći tržište, poput onih od ABB-a i Eaton Senyuan. Treće, samostalno razvijeni 24kV povlačni uređaji srednje pozicije u Kini. Treća kategorija, dizajnirana specifično za postojeće tehnološke uvjete i zahtjeve u Kini, najviše konkurentna je na tržištu. Stoga, tijekom njegovog dizajna, mora se potpuno razmotriti ukupna struktura proizvoda i dizajn izolacije, kako je detaljno navedeno u nastavku:

1.1 Struktura škafice jednakih visina i trokutasta raspored busbarova

Većina 12kV povlačnih uređaja srednje pozicije koristi strukturu koja je viša ispred i niža iza, s trofaznim busbarovima raspoređenim u trokutastom (delta) obliku, a instrumentni odjeljak kao uklonjiva, nezavisna struktura. Ako bi se ovaj pristup koristio za 24kV povlačne uređaje srednje pozicije, jasno da ne može zadovoljiti minimalnu zahtjeve za zračnom razmakom od 180mm. Stoga, 24kV povlačni uređaji srednje pozicije trebaju koristiti dizajn škafice jednakih visina, s instrumentnim odjeljkom integriranim u glavnu škaficu.

Visina škafice treba se odgovarajuće povećati na 2400mm, pružajući više prostora za busbarove i odjeljak prekidnika. Busbarski otoci trebaju biti raspoređeni u trokutastom obliku. Ovaj pristup ne samo što zadovoljava zahtjeve za zračnim razmakom, već također efektivno potiska i izdržava elektromagnetske sile, poboljšava toplinsku disipaciju busbarova i poboljšava pouzdanost izolacije.

1.2 Racionalan dizajn širine uređaja

S perspektive pouzdanosti izolacije, zračna izolacija je najpouzdaniji način; ako je osigurana minimalna izolacijska razina, izolacija može biti potpuno osigurana. Uzimajući u obzir potpuno zračnu izolaciju, teorijska širina 24kV prekidnog uređaja trebala bi biti 1020mm. Međutim, u stvarnoj proizvodnji, većina proizvođača bira širinu škafice od 1000mm, što zahtijeva upotrebu kombinirane izolacije. Obično se na busbarove nanosi termoskraćena cev, a između faza i između faze i zemlje instaliraju se SMC (Sheet Molding Compound) izolacijski pregrade kako bi se poboljšala izolacija.

1.3 Dizajn za uniformnu distribuciju električnog polja

Testovi pokazuju da što je naponska razina viša, to je lokalna jakost električnog polja tijekom naponskih proba na snazi struje viša, ponekad pratita značajnim zvukovima korona. Prema propisima, sve dok ne dođe do perturbativnog isparkanja, test se smatra položenim. Međutim, visoka lokalna jakost električnog polja može utjecati na sposobnost proizvoda da izdrži prenapon tijekom normalne operacije. 

Stoga, dizajn proizvoda treba prioritizirati postizanje što uniformnije distribucije električnog polja, izbjegavajući lokalnu koncentraciju polja. Na temelju praktičnog iskustva, oblikovanje vodiča kako bi se postigla uniformna distribucija polja je učinkovito. Za presječene krajeve busbarova, koristite formirajući frizirni alat za obradu krajeva u zaobljene kutove. Za krajeve busbarova unutar kontaktne kutije, prvo ih formirajte u polukružni oblik, a zatim ih obradite u zaobljene kutove. Gdje je to moguće, instalirajte kovani štit izvan plumskeg kontakta prekidnika ili umetnite kovani štitni mrežu tijekom lisajanja kontaktne kutije. Ove mjere mogu efektivno uniformirati distribuciju električnog polja, potiskati vrhove polja i dalje poboljšati razine izolacije.

1.4 Uporaba izolacijskih materijala s dugim putem križanja

Izolacijski materijali poput stjenovitih otocaka, kontaktne kutije i nosača izolatora moraju imati proširene padalice i dovoljan put križanja kako bi zadovoljili zahtjeve za izolaciju na 24kV. Posebno u dizajnu kontaktne kutije, mora se dodati kovani štitni mreža, a unutrašnja cavna treba koristiti jezikasto strukturu kako bi se izbjegli problemi uključeni u prstenaste strukture, koje ne mogu efektivno potiskati kondenzaciju i rezultirajuću akumulaciju zagađenja tijekom operacije.

2. Dizajn 24kV gasnih SF6 koloturnih jedinica

Strani 24kV gasne SF6 koloturne jedinice započele su ranije; tvrtke poput Siemensa i ABB-a uveli su ih u početku 1980-ih. To je zbog toga što mnoge strane zemlje koriste 24kV kao primarnu srednju voltnu distribucijsku naponsku razinu. Njihovi proizvodi su tehnološki napredni, visoko performantni i visoko pouzdani. Domaće 24kV gasne SF6 koloturne jedinice razvijale su se tek u posljednjih godina. Ograničene različitim uvjetima, proizvodi još uvijek su u fazi istraživanja, razvoja i testiranja.

Zbog naprednosti tehnologije 24kV gasnih SF6 koloturnih jedinica, njihova struktura i dizajn izolacije moraju se oslanjati na zrelo strano iskustvo. Eto nekoliko preporuka o strukturi proizvoda i dizajnu izolacije:

2.1 Fokus na strukturnu racionalnost

Budući da su svi živi dijelovi i prekidnici u 24kV gasnim SF6 koloturnim jedinicama zapečaćeni unutar nerđajuće čelikove oklopne kutije punjene SF6 plinom, one su kompaktni. U strukturnom dizajnu, mora se potpuno razmotriti izolacijska čvrstoća i vlaga izolacijskog plina kako bi se racionalno dizajnirale dimenzije škafice. Jedinka treba imati kompletnu funkcionalnost, biti lako upravljiva i imati jednostavnu strukturu.

2.2 Proširivost konfiguracija

Dizajn konfiguracije mora imati proširivost. Do neke mjere, kvaliteta proizvoda i njegova potencijalna široka upotreba ovisi o fleksibilnosti konfiguracije. Standardizirani, modularni dizajn omogućuje fleksibilno proširivanje s lijeva i desna.

2.3 Pouzdanost dizajna izolacije

Glavni rizik za 24kV gasne SF6 koloturne jedinice je degradacija izolacije. Faktori koji uzrokuju degradaciju izolacije uključuju: curenje SF6 plina; polimerne izolacijske ili sigurnosne materijale koji imaju određenu propusnost za različite plinove (poput vlažnog zraka), što dovodi do neprihvatljivih kondenzata na unutrašnjim zidovima spremnika; kontrola vlažnosti u SF6 plinu; i pukotine u izolacijskim komponentama.

Da bi se sprečila degradacija izolacije, moraju se poduzeti odgovarajuće mjere, poput: izrade plinskih spremnika od nerđajućeg čelika koristeći potpuno zavarivanje, bez zatvorenih otvora; izrade bushinga za spajanje kabela od epoksidne litane gume i integralnog zavarivanja s spremnikom; jačanja zatvorenosti plinskog spremnika kako bi se smanjila propusnost vlažnog zraka; redovitog mjerenja vlažnosti s SF6 vlažnosnim testerom, stavljanja odgovarajuće količine sušila u zatvorenu kutiju i strognog pečenja svih komponenti prema određenoj temperaturi i vremenu; tijekom vakuumiranja i punjenja SF6 prekidnih uređaja, čišćenja punjenih linija visokopurosnim N2 ili SF6 plinom; i smanjenja unutarnjeg mehaničkog stresa u izolacijskim komponentama kako bi se spriječilo starenje i pukotina. Ove mjere će efektivno poboljšati pouzdanost izolacije.

3. Zaključak

Iako se struktura i dizajn izolacije 24kV visokovoltnih uređaja temelji na 12kV uređajima, zahtjevi su daleko viši. Nadalje, zbog nedostatka praktičnog iskustva u radu, tijekom procesa dizajna moraju se potpuno razmotriti svi utjecajni faktori kako bi se ispunili standardi proizvoda.