การออกแบบอุปกรณ์ฉนวนอากาศและแก๊สที่เชื่อถือได้ 24kV

ปัจจุบัน เครือข่ายการกระจายไฟฟ้าแรงดันกลางของจีนส่วนใหญ่ทำงานที่ 10kV ด้วยการพัฒนาเศรษฐกิจอย่างรวดเร็ว โหลดไฟฟ้าได้เพิ่มขึ้นและทำให้ความจำกัดของวิธีการจ่ายไฟฟ้าที่มีอยู่ปรากฏมากขึ้น เนื่องจากประโยชน์ที่โดดเด่นของสวิตช์เกียร์แรงดันสูง 24kV ในการตอบสนองความต้องการโหลดที่สูงขึ้น ได้รับความนิยมอย่างเงียบๆ ในวงการ หลังจากที่บริษัท State Grid Corporation ออก "ประกาศเกี่ยวกับการส่งเสริมระดับแรงดัน 20kV" ระดับแรงดัน 20kV ได้มีการนำไปใช้อย่างรวดเร็ว

ในฐานะผลิตภัณฑ์สำคัญสำหรับระดับแรงดันนี้ การออกแบบโครงสร้างและการฉนวนของสวิตช์เกียร์แรงดันสูง 24kV ได้กลายเป็นจุดสนใจในวงการ ตามมาตรฐานอุตสาหกรรมไฟฟ้า "ข้อกำหนดทางเทคนิคทั่วไปสำหรับสวิตช์เกียร์และอุปกรณ์ควบคุมแรงดันสูง" (DL/T 593-2006) ได้กำหนดข้อกำหนดการฉนวนสำหรับสวิตช์เกียร์ไว้อย่างชัดเจน ข้อกำหนดการฉนวนสำหรับผลิตภัณฑ์ 24kV คือดังนี้:

ระยะอากาศขั้นต่ำ (ระหว่างเฟส, ระหว่างเฟสกับพื้น): 180mm; แรงดันทนทานกระแสสลับ (ระหว่างเฟส, ระหว่างเฟสกับพื้น): 50/65 kV/min, (ระหว่างข้อต่อแยก): 64/79 kV/min; แรงดันทนทานกระแทกฟ้าผ่า (ระหว่างเฟส, ระหว่างเฟสกับพื้น): 95/125 kV/min, (ระหว่างข้อต่อแยก): 115/145 kV/min.

หมายเหตุ: ข้อมูลทางซ้ายของเครื่องหมาย_slash_ใช้สำหรับระบบกลางที่ต่อภาคแข็ง ส่วนข้อมูลทางขวาใช้สำหรับระบบกลางที่ต่อภาคผ่านคอยล์ลดอาร์กหรือไม่ต่อภาค

สวิตช์เกียร์แรงดันสูง 24kV สามารถแบ่งตามวิธีการฉนวนได้เป็นสวิตช์เกียร์โลหะปิดที่ฉนวนด้วยอากาศและสวิตช์วงจรวง SF6 ที่ฉนวนด้วยแก๊ส สวิตช์เกียร์โลหะปิดที่ฉนวนด้วยอากาศสำหรับ 24kV โดยเฉพาะแบบที่สามารถถอดออกได้ (ต่อไปนี้จะเรียกว่าสวิตช์เกียร์กลาง 24kV) ได้กลายเป็นจุดสนใจในการออกแบบ ส่วนนี้จะกล่าวถึงคำแนะนำหลายประการเกี่ยวกับการออกแบบโครงสร้างและการฉนวนของสวิตช์เกียร์กลาง 24kV และสวิตช์วงจรวง SF6 ที่ฉนวนด้วยแก๊ส เพื่อเป็นแนวทางและข้อเสนอแนะ

1. การออกแบบสวิตช์เกียร์กลาง 24kV

เทคโนโลยีสำหรับสวิตช์เกียร์กลาง 24kV มาจากแหล่งสามแห่ง: แรก คือการปรับปรุงจากผลิตภัณฑ์ KYN28-12 ที่ 12kV โดยการเปลี่ยนแปลงส่วนประกอบที่เกี่ยวข้องกับการฉนวนโดยตรง สอง คือผลิตภัณฑ์กลางที่เข้ามาในตลาดภายในประเทศ เช่น ABB และ Eaton Senyuan สาม คือสวิตช์เกียร์กลาง 24kV ที่พัฒนาขึ้นเองในจีน ประเภทที่สาม ที่ออกแบบเฉพาะสำหรับสภาพเทคนิคและความต้องการที่มีอยู่ในจีน เป็นที่แข่งขันมากที่สุดในตลาด ดังนั้น ในการออกแบบ ต้องพิจารณาโครงสร้างผลิตภัณฑ์โดยรวมและการออกแบบฉนวนอย่างครบถ้วน ดังรายละเอียดด้านล่าง:

1.1 โครงสร้างตู้เท่ากันสูงและตำแหน่งบัสบาร์รูปสามเหลี่ยม

สวิตช์เกียร์กลางส่วนใหญ่ที่ 12kV ใช้โครงสร้างที่สูงหน้าและต่ำหลัง พร้อมบัสบาร์สามเฟสเรียงเป็นรูปสามเหลี่ยม (รูปสามเหลี่ยม) และช่องวัดเครื่องมือเป็นโครงสร้างที่สามารถถอดออกได้ หากใช้วิธีนี้สำหรับสวิตช์เกียร์กลาง 24kV จะไม่สามารถตอบสนองข้อกำหนดระยะอากาศขั้นต่ำ 180mm ได้ ดังนั้น สวิตช์เกียร์กลาง 24kV ควรใช้การออกแบบตู้เท่ากันสูง พร้อมช่องวัดเครื่องมือรวมอยู่ในตู้หลัก

ความสูงของตู้ควรเพิ่มขึ้นเป็น 2400mm เพื่อให้พื้นที่มากขึ้นสำหรับช่องบัสบาร์และเบรกเกอร์ ช่องผนังบัสบาร์ควรเรียงเป็นรูปสามเหลี่ยม วิธีนี้ไม่เพียงแต่ตอบสนองข้อกำหนดระยะอากาศเท่านั้น แต่ยังสามารถยับยั้งและทนทานต่อแรงแม่เหล็กไฟฟ้าได้ดี ปรับปรุงการกระจายความร้อนของบัสบาร์ และเพิ่มความเชื่อถือได้ของการฉนวน

1.2 การออกแบบความกว้างของสวิตช์เกียร์อย่างเหมาะสม

จากมุมมองของความเชื่อถือได้ของการฉนวน การฉนวนด้วยอากาศเป็นวิธีที่เชื่อถือได้ที่สุด ตราบใดที่รับประกันระยะการฉนวนขั้นต่ำ การฉนวนก็สามารถมั่นใจได้ เมื่อพิจารณาการออกแบบที่ฉนวนด้วยอากาศทั้งหมด ความกว้างทฤษฎีของสวิตช์เกียร์ 24kV ควรเป็น 1020mm อย่างไรก็ตาม ในกระบวนการผลิตจริง ส่วนใหญ่ผู้ผลิตเลือกความกว้างของตู้ 1000mm ซึ่งจำเป็นต้องใช้วิธีการฉนวนผสม ทั่วไปแล้วจะใช้ท่อหดความร้อนบนบัสบาร์ และติดตั้งแผ่นฉนวน SMC (Sheet Molding Compound) ระหว่างเฟสและระหว่างเฟสกับพื้นเพื่อเพิ่มการฉนวน

1.3 การออกแบบสำหรับการกระจายสนามไฟฟ้าที่สม่ำเสมอ

การทดสอบแสดงให้เห็นว่าระดับแรงดันสูงขึ้น ความเข้มของสนามไฟฟ้าท้องถิ่นในระหว่างการทดสอบแรงดันทนทานกระแสสลับก็สูงขึ้น บางครั้งอาจมีเสียงปล่อยประจุโคโรน่าที่ชัดเจน ตามกฎระเบียบ ตราบใดที่ไม่มีการปล่อยประจุรบกวน การทดสอบถือว่าผ่าน อย่างไรก็ตาม ความเข้มของสนามไฟฟ้าท้องถิ่นที่สูงสามารถส่งผลกระทบต่อความสามารถในการทนทานต่อแรงดันสูงในระหว่างการทำงานปกติ

ดังนั้น การออกแบบผลิตภัณฑ์ควรมุ่งเน้นการกระจายสนามไฟฟ้าให้สม่ำเสมอที่สุด หลีกเลี่ยงการสะสมของสนามไฟฟ้าท้องถิ่น จากประสบการณ์จริง การทำให้ตัวนำมีรูปร่างเพื่อให้สนามไฟฟ้าสม่ำเสมอเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพ สำหรับปลายบัสบาร์ ใช้เครื่องมิลลิ่งเพื่อทำให้ปลายเป็นมุมมน สำหรับปลายบัสบาร์ภายในกล่องติดต่อ ทำให้เป็นรูปครึ่งวงกลมก่อน แล้วมิลลิ่งให้เป็นมุมมน ที่มีเงื่อนไข ติดตั้งฝาครอบโลหะข้างนอกที่ติดต่อของเบรกเกอร์ หรือฝังตาข่ายโลหะระหว่างการหล่อกล่องติดต่อ วิธีการเหล่านี้สามารถกระจายสนามไฟฟ้าให้สม่ำเสมอ ยับยั้งยอดสนามไฟฟ้า และเพิ่มระดับการฉนวนได้มากขึ้น

1.4 การใช้วัสดุฉนวนที่มีระยะคลานยาว

วัสดุฉนวน เช่น ช่องผนัง กล่องติดต่อ และฉนวนรองรับ ต้องมีชั้นยื่นขนาดใหญ่และระยะคลานเพียงพอเพื่อตอบสนองข้อกำหนดการฉนวนของ 24kV โดยเฉพาะในการออกแบบกล่องติดต่อ ต้องเพิ่มตาข่ายโลหะ และใช้โครงสร้างลิ้นภายในเพื่อหลีกเลี่ยงปัญหาที่เกิดจากโครงสร้างวงแหวน ซึ่งไม่สามารถยับยั้งการควบแน่นและความสกปรกที่สะสมจากการทำงานได้

2. การออกแบบสวิตช์วงจรวง SF6 ที่ฉนวนด้วยแก๊ส 24kV

สวิตช์วงจรวง SF6 ที่ฉนวนด้วยแก๊ส 24kV ของต่างประเทศเริ่มต้นต้นเร็ว บริษัทอย่าง Siemens และ ABB นำมาใช้ในช่วงต้นทศวรรษ 1980 เนื่องจากหลายประเทศใช้ 24kV เป็นแรงดันการกระจายไฟฟ้าแรงดันกลางหลัก ผลิตภัณฑ์ของพวกเขาเทคโนโลยีทันสมัย มีประสิทธิภาพสูง และเชื่อถือได้มาก สำหรับสวิตช์วงจรวง SF6 ที่ฉนวนด้วยแก๊ส 24kV ของจีน ได้พัฒนาขึ้นเมื่อไม่กี่ปีที่ผ่านมา จำกัดด้วยเงื่อนไขต่างๆ ผลิตภัณฑ์ยังอยู่ในขั้นตอนการวิจัย พัฒนา และทดสอบ

เนื่องจากเทคโนโลยีสวิตช์วงจรวง SF6 ที่ฉนวนด้วยแก๊ส 24kV ที่ทันสมัย การออกแบบโครงสร้างและการฉนวนต้องอาศัยประสบการณ์ที่มีอยู่ของต่างประเทศ ด้านล่างนี้เป็นคำแนะนำเกี่ยวกับการออกแบบโครงสร้างและการฉนวนของผลิตภัณฑ์:

2.1 ให้ความสำคัญกับความสมเหตุสมผลของโครงสร้าง

เนื่องจากส่วนที่มีไฟฟ้าและสวิตช์ทั้งหมดในสวิตช์วงจรวง SF6 ที่ฉนวนด้วยแก๊ส 24kV ถูกปิดผนึกอยู่ในตู้สเตนเลสที่เติมแก๊ส SF6 ทำให้มีขนาดกะทัดรัด ในการออกแบบโครงสร้าง ต้องพิจารณาความแข็งแรงของการฉนวนและความชื้นของแก๊สฉนวนเพื่อออกแบบขนาดของตู้อย่างสมเหตุสมผล หน่วยควรมีฟังก์ชันครบถ้วน ใช้งานง่าย และมีโครงสร้างที่ง่าย

2.2 การขยายความยืดหยุ่นของการกำหนดค่า

การออกแบบการกำหนดค่าต้องมีความยืดหยุ่น จนถึงระดับหนึ่ง คุณภาพของผลิตภัณฑ์และศักยภาพในการแพร่หลายขึ้นอยู่กับความยืดหยุ่นในการกำหนดค่า การออกแบบที่มาตรฐานและโมดูลาร์ช่วยให้สามารถขยายซ้ายขวาได้อย่างยืดหยุ่น

2.3 ความเชื่อถือได้ของการออกแบบฉนวน

ความเสี่ยงหลักของสวิตช์วงจรวง SF6 ที่ฉนวนด้วยแก๊ส 24kV คือการลดประสิทธิภาพของการฉนวน ปัจจัยที่ทำให้การฉนวนลดลงรวมถึง: การรั่วไหลของแก๊ส SF6; วัสดุฉนวนโพลิเมอร์หรือวัสดุปิดผนึกมีความซึมผ่านต่อแก๊สต่างๆ (เช่น ไอน้ำ) ทำให้เกิดการควบแน่นที่ยอมรับไม่ได้บนผนังภายในภาชนะ; การควบคุมความชื้นในแก๊ส SF6; และการแตกของส่วนประกอบฉนวน

เพื่อป้องกันการลดประสิทธิภาพของการฉนวน ต้องดำเนินมาตรการต่างๆ เช่น: ผลิตภาชนะแก๊สจากสเตนเลสด้วยการเชื่อมเต็มที่ ไม่เหลือช่องปิดผนึก; ทำช่องต่อสายเคเบิลจากเรซินอีพ็อกซี่และเชื่อมเป็นชิ้นเดียวกับภาชนะ; เพิ่มความปิดผนึกของภาชนะเพื่อลดการซึมผ่านของไอน้ำ; วัดความชื้นอย่างสม่ำเสมอโดยใช้เครื่องวัดความชื้น SF6 วางสารดูดความชื้นในปริมาณที่เหมาะสมในภาชนะปิดผนึก และอบชิ้นส่วนทั้งหมดตามอุณหภูมิและเวลาที่กำหนดอย่างเคร่งครัด; เมื่อสูญญากาศและเติมแก๊ส SF6 ทำความสะอาดสายเติมด้วยแก๊ส N2 หรือ SF6 บริสุทธิ์สูง; และลดความเครียดทางกลภายในส่วนประกอบฉนวนเพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพและแตก วิธีการเหล่านี้จะช่วยเพิ่มความเชื่อถือได้ของการฉนวนได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3. สรุป

แม้ว่าการออกแบบโครงสร้างและการฉนวนของสวิตช์เกียร์แรงดันสูง 24kV จะพื้นฐานมาจากสวิตช์เกียร์ 12kV แต่ข้อกำหนดสูงกว่ามาก นอกจากนี้ เนื่องจากประสบการณ์ในการทำงานจริงยังไม่เพียงพอ ต้องพิจารณาปัจจัยที่มีอิทธิพลทั้งหมดในระหว่างกระบวนการออกแบบเพื่อให้สอดคล้องกับมาตรฐานผลิตภัณฑ์