Dizajn pouzdanog 24kV zračno i plinsko izolovanog opreme

Trenutno, srednje-naponske mreže u Kini uglavnom rade na 10kV. Sa brzim ekonomskim razvojem, električne potrošnje su se povećale, sve više ističući ograničenja postojećih metoda snabdevanja strujom. Zbog izvanrednih prednosti visokonaponskih sklopova na 24kV u ispunjavanju zahteva za veću kapacitetnu opterećenja, ti sklopi su tiho stekli priznanje u industriji. Nakon objave "Obaveštenja o promovisanju naponskog nivoa od 20kV" državnog preduzeća State Grid Corporation, upotreba naponskog nivoa od 20kV je doživela brzo porast.

Kao ključni proizvod za ovaj naponski nivo, struktura i dizajn izolacije visokonaponskih sklopova na 24kV postali su fokus industrije. Prema standardu elektroprivrede "Opšte tehničke zahteve za visokonaponskim sklopovima i opremom za kontrolu" (DL/T 593-2006), specifični zahtevi za izolaciju sklopova su jasno definisani. Zahtevi za izolaciju proizvoda na 24kV su sledeći:

Minimalna vazdušna razdaljina (između faz, između faze i zemlje): 180mm; Izdržljivost na naponsku probu na strujnim frekvencijama (između faz, između faze i zemlje): 50/65 kV/min, (preko izolacionih spojeva): 64/79 kV/min; Izdržljivost na udarnu probu gremlinskim naponima (između faz, između faze i zemlje): 95/125 kV/min, (preko izolacionih spojeva): 115/145 kV/min.

Napomena: Podaci levo od kose crte važe za sisteme sa čvrsto zemljenim neutralnim vodom, dok podaci desno od kose crte važe za sisteme sa neutralnom vodom zemljenom preko zglobnice ili nezemljenim.

Visokonaponski sklopi na 24kV mogu biti klasifikovani po metodu izolacije u metalne oklopne sklope sa vazdušnom izolacijom i SF6 gasne kolone. Metalni oklopni sklopi sa vazdušnom izolacijom na 24kV, posebno srednje montirane izvlačne vrste (u daljem tekstu nazivaju se 24kV srednje montirani sklopi), postali su ključni fokus dizajna. Ovaj članak raspravlja o nekoliko preporuka u pogledu strukture i dizajna izolacije 24kV srednje montiranih sklopova i SF6 gasnih kolona, koje su date za referencu i komentar.

1. Dizajn 24kV srednje montiranih sklopova

Tehnologija za 24kV srednje montirane sklope dolazi uglavnom iz tri izvora: Prvo, nadogradnja proizvoda KYN28-12 na 12kV direktnom zamenom komponenata vezanih za izolaciju. Drugo, strani srednje montirani proizvodi koji ulaze na domaći tržište, kao što su ABB i Eaton Senyuan. Treće, samostalno razvijeni 24kV srednje montirani sklopi u Kini. Treća kategorija, dizajnirana posebno za postojeće tehnološke uslove i zahteve u Kini, ima najveću konkurentnost na tržištu. Stoga, tokom njegovog dizajna, mora se potpuno uzeti u obzir ukupna struktura proizvoda i dizajn izolacije, kako je detaljno navedeno ispod:

1.1 Struktura škrafa jednakih visina i trokutasta rasporeda busbarova

Većina 12kV srednje montiranih sklopova koristi strukturu koja je viša na prednjem delu i niža na zadnjem delu, sa trofaznim busbarovima raspoređenim u trokutastom (delta) obliku, a instrumentni odsek kao uklonjiva, nezavisna struktura. Ako bi se ovaj metod koristio za 24kV srednje montirane sklope, to ne bi moglo da ispuni minimalnu zahtevanu vazdušnu razdaljinu od 180mm. Stoga, 24kV srednje montirani sklopi treba da koriste strukturu škrafa jednakih visina, sa instrumentnim odsekom integriranim u glavni škraf.

Visina škrafa treba da bude odgovarajuće povećana na 2400mm, obezbeđujući više prostora za odseke busbarova i prekidača. Busbarovi treba da budu raspoređeni u trokutastom obliku. Ovaj pristup ne samo što ispunjava zahtevane vazdušne razdaljine, već i efektivno smanjuje i izdržava elektromagnetne sile, poboljšava toplotnu disipaciju busbarova i unapređuje pouzdanost izolacije.

1.2 Racionalni dizajn širine sklopa

Sa stanovišta pouzdanosti izolacije, vazdušna izolacija je najpouzdaniji metod; ako je osigurana minimalna izolaciona razdaljina, izolacija može biti potpuno osigurana. Uzimajući u obzir potpuno vazdušnu izolaciju, teorijska širina 24kV sklopa bi trebalo da bude 1020mm. Međutim, u stvarnoj proizvodnji, većina proizvođača bira širinu škrafa od 1000mm, što zahteva upotrebu kombinovane izolacije. Obično se termoskurčivi cevi primenjuju na busbarove, a SMC (Sheet Molding Compound) izolacioni pregrade instaliraju između faza i između faze i zemlje kako bi se poboljšala izolacija.

1.3 Dizajn za uniformnu distribuciju električnog polja

Testovi pokazuju da je viši naponski nivo, veća lokalna jakost električnog polja tokom testiranja na strujnim frekvencijama, ponekad pratio sa značajnim zvukovima korona razboja. Prema regulativama, koliko god da ne dođe do prekidnog razboja, test se smatra položenim. Međutim, visoka lokalna jakost električnog polja može uticati na sposobnost proizvoda da izdrži prenapone tijekom normalne operacije. 

Stoga, dizajn proizvoda treba da prioritetno ostvari što uniformniju distribuciju električnog polja, izbegavajući lokalnu koncentraciju polja. Na osnovu praktičnog iskustva, oblikovanje vodilaca kako bi se postigla uniformna polja je učinkovito. Za isečene krajeve busbarova, koristiti formirajući frizer za obradu krajeva u zaobljene ivice. Za krajeve busbarova unutar kontaktne kutije, prvo ih formirati u polukružni oblik, a zatim ih obraditi u zaobljene ivice. Gdje je to moguće, instalirati metalni štit izvan plumsvenih kontakata prekidača, ili ugraditi metalnu štitnu mrežu tijekom lisnjanja kontaktne kutije. Ove mere mogu efektivno uniformirati distribuciju električnog polja, smanjiti vrhove polja i dalje poboljšati nivo izolacije.

1.4 Upotreba izolacionih materijala sa dugačkim putanjama izolacije

Izolacioni materijali poput zidnih cevi, kontaktne kutije i nosača izolatora moraju imati proširene štapiće i dovoljno dugu putanju izolacije kako bi ispunili zahteve za izolaciju na 24kV. Posebno u dizajnu kontaktne kutije, mora se dodati metalna štitna mreža, a unutrašnja šupljina treba koristiti jezikasto strukturu kako bi se izbegle probleme inherentne prstenastim strukturama, koje ne mogu efektivno smanjiti kondenzaciju i akumulaciju zagađenja tijekom operacije.

2. Dizajn 24kV gasnih SF6 kolona

Strani 24kV gasni SF6 koloni su započeli rano; kompanije poput Siemensa i ABB-a su ih uveli u ranim 1980-ima. To je zato što mnoge strane zemlje koriste 24kV kao primarni srednje-naponski naponski nivo. Njihovi proizvodi su tehnološki napredni, visoko performantni i visoko pouzdani. Domaći 24kV gasni SF6 koloni su se razvijali tek u posljednjih godina. Ograničeni različitim uslovima, proizvodi su još u fazi istraživanja, razvoja i testiranja.

Zbog naprednosti tehnologije 24kV gasnih SF6 kolona, njihova struktura i dizajn izolacije moraju izvući iz zrelog stranog iskustva. Slede nekoliko preporuka u pogledu strukture i dizajna izolacije proizvoda:

2.1 Fokus na racionalnost strukture

Pošto su svi žive dijelove i prekidače u 24kV gasnim SF6 kolonama zapečatani unutar nerđajuće čelikove oklopne kutije ispune SF6 gasom, oni su kompaktni. U dizajnu strukture, mora se potpuno uzeti u obzir jačina izolacije i vlaga izolacionog gasa kako bi se racionalno dizajnirale dimenzije škrafa. Jedinka treba imati kompletnu funkcionalnost, biti laka za korišćenje i imati jednostavnu strukturu.

2.2 Proširivost konfiguracija

Dizajn konfiguracije mora imati proširivost. Do neke mjere, kvalitet proizvoda i njegova mogućnost širokog prihvatanja zavisi od fleksibilnosti konfiguracije. Standardizovani, modularni dizajn omogućava fleksibilnu proširivost lijevo i desno.

2.3 Pouzdanost dizajna izolacije

Glavni rizik za 24kV gasne SF6 kolone je degradacija izolacije. Faktori koji dovode do degradacije izolacije uključuju: curenje SF6 gasa; polimerne izolacione ili sigurnosne materijale koji imaju određenu propustivost za različite gasove (poput vlažnog zraka), što dovodi do neprihvatljive kondenzacije na unutrašnjim zidovima spremnika; kontrola sadržaja vlažnog zraka u SF6 gasu; i pukotine u izolacionim komponentama.

Da bi se sprečila degradacija izolacije, moraju se poduzeti odgovarajuće mere, kao što su: izrada gasnog spremnika od nerđajućeg čelika pomoću potpune savarenje, bez zapečaćenih otvora; izrada bushinga za povezivanje kabela od epoksne litane smole i integralno savarenje sa spremnikom; jačanje zapečaćenja gasnog spremnika kako bi se smanjila propustivost vlažnog zraka; redovito merenje sadržaja vlažnog zraka pomoću tester za vlažnost SF6 gasa, stavljanje odgovarajuće količine sušila u zapečaćeni spremnik i strogo pečenje svih komponenti prema određenoj temperaturi i vremenu; prilikom vakuumiranja i punjenja SF6 sklopova, čišćenje punih linija pomoću visoko čistog N2 ili SF6 gasa; i smanjenje interne mehaničke stresa u izolacionim komponentama kako bi se sprečilo staranje i pukotina. Ove mere će efektivno poboljšati pouzdanost izolacije.

3. Zaključak

Iako su struktura i dizajn izolacije 24kV visokonaponskih sklopova bazirani na 12kV sklopovima, zahtevi su daleko viši. Takođe, zbog nedostatka praktičnog iskustva u radu, svi uticajni faktori moraju biti potpuno uzeti u obzir tokom procesa dizajna kako bi se ispunili standardi proizvoda.