Дизајнирање на надежно опрема со воздухна и гасна изолација за 24кВ

Сега, средното напрежение на распределителните мрежи во Кина е главно 10кВ. Со брз икономски развој, електричните нагласи се зголемиле, што ја исцртува ограничувањата на постојните методи за доставување на енергија. Забележаните предности на високонаполните уреди за комутација на 24кВ за исполнување на повишени барања за капацитет го направија овој производ привлечен во индустријата. Следејќи „Уведомувањето за Промоција на Напрежбата од 20кВ“ од компанијата State Grid Corporation, класата на напрежба од 20кВ видела брз растек во прифатливост.

Како критичен производ за оваа нивоа на напрежба, конструkcijата и дизajnот на изолацијата на високонаполните уреди за комутација на 24кВ станале фокусни точки во индустријата. Според стандардите на електроиндустријата „Задолжителни технички барања за високонаполните уреди за комутација и контролна опрема“ (DL/T 593-2006), специфичните изолациони барања за уредите за комутација се дефинирани со JasTota. Изолационите барања за продуктите на 24кВ се следниве:

Минимална ваздушна раздалечена (измеѓу фази, измеѓу фаза и земја): 180мм; Испитно напрежба на рабоча фреквенција (измеѓу фази, измеѓу фаза и земја): 50/65 кВ/мин, (измеѓу изолациони јазици): 64/79 кВ/мин; Испитно напрежба на грмовски импулс (измеѓу фази, измеѓу фаза и земја): 95/125 кВ/мин, (измеѓу изолациони јазици): 115/145 кВ/мин.

Белешка: Податоците лево од дробната црта се применливи за системи со тврдо земјано земја, додека податоците десно се применливи за системи со земја земјана преку аркусна потиснуваачка катушка или неземјана.

Високонаполните уреди за комутација на 24кВ можат да се категоризираат според методот на изолација во метално облечени уреди за комутација со ваздушна изолација и гасна изолација SF6 кругови. Метално облечени уреди за комутација со ваздушна изолација на 24кВ, особено типот со извлекувачко место посредно (после ова се нарекува 24кВ средно-поставени уреди за комутација), станале ключен фокус во дизajнот. Оваа статија дискутира неколку препораки за структурата и дизajнот на изолацијата на 24кВ средно-поставени уреди за комутација и гасна изолација SF6 кругови, понудени за референца и коментар.

1. Дизajн на 24кВ средно-поставени уреди за комутација

Технологијата за 24кВ средно-поставени уреди за комутација доаѓа од три извори: Прво, надградба од продуктот KYN28-12 на 12кВ со директна замена на компонентите поврзани со изолацијата. Второ, средно-поставени продукти од чужбина што влегуваат во домашниот пазар, како на пример од ABB и Eaton Senyuan. Трето, независно развиени 24кВ средно-поставени уреди за комутација во Кина. Третата категорија, дизajнирана конкретно за постојните технички услови и барања во Кина, е најконкурентна на пазарот. Затоа, при неговиот дизajн, мора да се разгледа целосната структура на производот и дизajнот на изолацијата, како детално наведено подолу:

1.1 Еднаква висина на шкафа и троуголна распоредба на главната жица

Повеќето 12кВ средно-поставени уреди за комутација користат структура која е повисока спреда и помала одзадина, со трифазната главна жица распоредена во троуголен (делта) конфигурација, а инструменталната камера како се отстранува, независна структура. Ако овој метод се користи за 24кВ средно-поставени уреди за комутација, тоа очигледно не може да задоволи минималното барање за ваздушна раздалечена од 180мм. Затоа, 24кВ средно-поставени уреди за комутација треба да го користат дизajнот на еднаква висина на шкафа, со инструменталната камера интегрирана во главниот шкаф.

Висината на шкафот треба да се зголеми до 2400мм, што дава повеќе простор за главната жица и камерата со прекинувач. Вагонетките на главната жица треба да се распоредат во троуголен конфигурација. Овој пристап не само задоволува барањата за ваздушна раздалечена, туку и ефективно ги потиснува и издржува електромагнетните сили, подобрува дисипацијата на топлина на главната жица и подобрува надежноста на изолацијата.

1.2 Рационален дизajн на ширина на уредите за комутација

Од гледна точка на надежноста на изолацијата, ваздушната изолација е најнадежен метод; колку што се гарантира минималната изолационна раздалечена, изолацијата може да биде целосно осигурена. Разгледувајќи го целосно ваздушен дизajн, теоретската ширина на 24кВ уредите за комутација треба да биде 1020мм. Меѓутоа, во реалната производство, повеќето производители изберуваат широчина на шкафот од 1000мм, што бара употреба на композитна изолација. Обично, термоусукива цев се применува на главната жица, а SMC (Sheet Molding Compound) изолациони бариери се инсталираат меѓу фазите и меѓу фаза и земја за подобрување на изолацијата.

1.3 Дизajн за униформна распределба на електричното поле

Испитувањата покажуваат дека колку што е поголемо ниво на напрежба, толку и поголема е локалната електрична силата на полето при испитувањата на издржливост на рабоча фреквенција, понекогаш придружена со забележливи звуци на корона. Според регулациите, колку што не се јави прераспределување, испитот се смета за успешен. Меѓутоа, поголемата локална електрична сила може да влијае на способноста на производот да издржи прекомерни напрежби во нормална работа. 

Затоа, дизajнот на производот треба да даде првенство на постигнување на што униформна можно е распределба на електричното поле, избегнувајќи локализирано концентрирање на полето. Од практични искуства, формирањето на проводници за постигнување на униформно поле е ефективно. За краевите на главната жица, користете формирачки фрезерен алат за машинирање на краевите во закръглени агли. За краевите на главната жица внатрешно во контактната кутија, прво формирајте ги во полу-кругова форма, па потоа машинирајте ги во закръглени агли. Каде што е можно, инсталирајте метална штитна капа над плумовите контакти на прекинувачот, или вградете метална штитна мрежа при лејањето на контактната кутија. Овие мерења можат ефективно да униформираат распределбата на електричното поле, да потиснат пики на полето и да подобрат надежноста на изолацијата.

1.4 Употреба на изолациони материјали со долга раздалечена за кретање

Изолационите материјали како што се вагонетки, контактни кутии и поддршкни изолатори мора да имаат зголемени џепи и доволна раздалечена за кретање за да задоволат изолационите барања на 24кВ. Особено во дизajнот на контактните кутии, мора да се додаде метална штитна мрежа, а внатрешната каверна треба да користи јазик-подобна структура за да се избегне проблемите со прстен-подобни структури, кои не можат ефективно да потиснат кондензацијата и натрупањето на загадување во време на работа.

2. Дизajн на 24кВ гасни изолациони SF6 кругови

Чужбинските 24кВ гасни изолациони SF6 кругови почнаа рано; компании како Siemens и ABB ги воведоа во раните 1980-ти. Ова е затоа што многу чужбински земји користат 24кВ како основно средно напрежба за распределба. Нивните производи се технички напредни, со високо перформанса и надежност. Домашните 24кВ гасни изолациони SF6 кругови се развијаат само недавно. Заградени од различни услови, производите сè уште се во фазата на истражување, развој и испитување.

Затоа што технологијата на 24кВ гасни изолациони SF6 кругови е напредна, нивната структура и дизajнот на изолацијата мора да се засноваат на зрел чужбинско искуство. Понудени се неколку препораки за структурата и дизajнот на изолацијата на производот:

2.1 Фокус на структурната рационалност

Бидејќи сите живи делови и прекинувачи во 24кВ гасни изолациони SF6 кругови се запечатени во нерђавејчење шкаф пополнет со SF6 гас, тие се компактни. Во дизajнот на структурата, мора да се разгледаат изолационата сила и влажноста на изолациониот гас за рационален дизajн на размерите на шкафот. Јединицата треба да има целосна функционалност, лесна управа и едноставна структура.

2.2 Расширување на конфигурациите

Дизajнот на конфигурацијата мора да има можност за расширување. До неколку степен, квалитетот на производот и неговата потенцијална широка прифатливост зависат од неговата конфигурационска флексибилност. Стандардизиран, модуларен дизajн дозволува флексибилно лево и десно расширување.

2.3 Надежност на дизajнот на изолацијата

Главниот ризик за 24кВ гасни изолациони SF6 кругови е деградацијата на изолацијата. Факторите кои причинуваат деградација на изолацијата вклучуваат: изтечност на SF6 гас; полимерни изолациони или герметизациски материјали што имаат одредена проникливост за различни гасови (како воден пар), што доведува до неприфатлива кондензација на внатрешните стени на контейнерот; контрола на содржината на влага во SF6 гас; и пукнатини во изолационите компоненти.

За да се спречи деградацијата на изолацијата, мора да се предприемат соодветни мерки, како: изработка на гасниот контейнер од нерђавејчење со целосно сварување, без отвори за запечатување; правење на вагонетки за поврзување на кабели од епоксидна леја и целосно сварување на контейнерот; подобрување на запечатувањето на гасниот контейнер за намалување на проникливоста на воден пар; редовно мерење на содржината на влага со SF6 тестер за влага, поставување на одговарајќи количник на сушилка во запечатениот контейнер, и строго печење на сите компоненти според одредени температура и време; кога се евакуира и наполнува SF6 уред за комутација, чистење на наполните линии со високочист гас N2 или SF6; и намалување на внатрешните механички напони во изолационите компоненти за спречување на стареење и пукнатини. Овие мерки ќе ефективно подобрат надежноста на изолацијата.

3. Заклучок

Иако структурата и дизajнот на изолацијата на високонаполните уреди за комутација на 24кВ се базирани на уредите за комутација на 12кВ, барањата се многу повисоки. Поради недостаток на практично искуство во работа, сите влијајки фактори мора да се разгледаат во текот на процесот на дизajн за да се исполнат стандардите на производот.