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

Sa kasalukuyan, ang mga medium-voltage distribution network ng Tsina ay pangunahing nagpapatakbo sa 10kV. Dahil sa mabilis na pag-unlad ng ekonomiya, ang mga power load ay lumago, at lalong nagpapakita ng mga limitasyon ng umiiral na paraan ng pagbibigay ng kuryente. Dahil sa naiibang mga benepisyo ng 24kV high-voltage switchgear sa pagtugon sa mas mataas na demand sa load capacity, ito ay patuloy na nakuha ng industriya. Pagkatapos ng pagsusundan ng "Notice on Promoting the 20kV Voltage Level" ng State Grid Corporation, ang klase ng 20kV voltage ay nakamit ang mabilis na pagtaas sa paggamit.

Bilang isang mahalagang produkto para sa lebel ng voltageng ito, ang struktura at disenyo ng insulasyon ng 24kV high-voltage switchgear ay naging mga pundamental na punto sa industriya. Ayon sa pamantayan ng industriya ng kuryente "Common Technical Requirements for High-Voltage Switchgear and Control Equipment" (DL/T 593-2006), ang tiyak na mga requirement ng insulasyon para sa switchgear ay malinaw na inilarawan. Ang mga requirement ng insulasyon para sa mga produktong 24kV ay sumusunod:

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

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

Ang 24kV high-voltage switchgear ay maaaring ikategorya batay sa paraan ng insulasyon sa air-insulated metal-enclosed switchgear at gas-insulated SF6 ring main units. Ang air-insulated metal-enclosed switchgear para sa 24kV, partikular na ang mid-mounted withdrawable type (na kilala bilang 24kV mid-mounted switchgear), ay naging isang pangunahing focus sa disenyo. Ang artikulong ito ay nagpapakilala ng ilang rekomendasyon tungkol sa struktura at disenyo ng insulasyon ng 24kV mid-mounted switchgear at gas-insulated SF6 ring main units, na inihanda para sa sanggunian at komento.

1. Disenyo ng 24kV Mid-Mounted Switchgear

Ang teknolohiya para sa 24kV mid-mounted switchgear ay pangunahing nanggaling sa tatlong pinagmulan: Una, isang upgrade mula sa 12kV KYN28-12 produkto sa pamamagitan ng direkta na pagpalit ng mga komponente na may kaugnayan sa insulasyon. Pangalawa, ang mga dayuhang mid-mounted produkto na pumasok sa lokal na merkado, tulad ng ABB at Eaton Senyuan. Pangatlo, ang independiyenteng pinag-isyuhan na 24kV mid-mounted switchgear sa loob ng Tsina. Ang pangatlong kategorya, na disenyo para sa umiiral na teknikal na kondisyon at pangangailangan ng Tsina, ang pinaka-kompetitibo sa merkado. Kaya, sa panahon ng disenyo nito, ang buong struktura ng produkto at disenyo ng insulasyon ay dapat mabigyan ng sapat na pag-aaral, gaya ng detalyadong ipinaliwanag 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 harap at mas mababa sa likod, na ang tatlong phase busbars ay naka-arrange sa triangular (delta) configuration, at ang instrument compartment ay isang removable, independent structure. Kung gagamitin ang paraang ito para sa 24kV mid-mounted switchgear, hindi ito magtatugon sa minimum na air clearance requirement na 180mm. Kaya, ang 24kV mid-mounted switchgear ay dapat gamitin ang equal-height cabinet design, na ang instrument compartment ay integrated sa main cabinet.

Ang taas ng cabinet ay dapat mapataas nang maari sa 2400mm, na nagbibigay ng mas maraming espasyo para sa busbar at circuit breaker compartments. Ang busbar wall bushings ay dapat naka-arrange sa triangular configuration. Ang paraang ito ay hindi lamang tumutugon sa air clearance requirements, kundi ay din namumunsiyun at nasisilip ang electromagnetic forces, nagpapabuti ng busbar heat dissipation, at nagpapataas ng reliabilidad ng insulasyon.

1.2 Rational Design ng Switchgear Width

Mula sa perspektiba ng reliabilidad ng insulasyon, ang air insulation ay ang pinakamapagkakatiwalaan; basta matiyak ang minimum na insulation clearance, ang insulasyon ay maaaring mabigyan ng sapat na tagumpay. Sa pag-consider ng isang fully air-insulated design, ang teoretikal na lapad ng 24kV switchgear ay dapat 1020mm. Gayunpaman, sa aktwal na produksyon, ang karamihan sa mga manufacturer ay nagpili ng cabinet width na 1000mm, na kinakailangan ng composite insulation. Karaniwan, ang heat-shrink tubing ay inilalagay sa busbars, at ang SMC (Sheet Molding Compound) insulating barriers ay inilalagay sa pagitan ng phases at phase-to-ground upang mapataas ang insulasyon.

1.3 Disenyo para sa Uniform Electric Field Distribution

Ang testing ay nagpatunay na ang mas mataas ang lebel ng voltage, ang mas mataas rin ang lokal na electric field strength sa panahon ng power frequency withstand voltage tests, minsan kasama ang malinaw na corona discharge sounds. Ayon sa regulasyon, basta walang disruptive discharge, ang test ay itinuturing na naipasa. Gayunpaman, ang mataas na lokal na electric field strength ay maaaring makaapekto sa kakayahan ng produkto na tanggapin ang 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 concentration ng field. Mula 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 imachinar ang dulo bilang rounded corners. Para sa busbar ends sa loob ng contact box, una ay formin sila sa semi-circular shape, pagkatapos ay imachinar sila bilang rounded corner. Kung ang kondisyon ay pinapayagan, ilagay ang metal shielding cover sa labas ng circuit breaker's plum blossom contacts, o ilagay ang metal shielding mesh sa panahon ng casting ng contact box. Ang mga hakbang na ito ay maaaring mabigyan ng epektibong uniform ang electric field distribution, supressin ang field peaks, at paunlarin pa ang insulasyon 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 tugunan ang insulasyon requirements ng 24kV. Lalo na sa disenyo ng contact boxes, dapat ilagay ang metal shielding mesh, at ang inner cavity ay dapat gamitin ang tongue-like structure upang iwasan ang mga problema sa ring structures, na hindi maaaring epektibong supressin ang condensation at ang resultang pollution accumulation sa panahon ng operasyon.

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

Ang dayuhang 24kV gas-insulated SF6 ring main units ay nagsimula nang maaga; ang mga kompanya tulad ng Siemens at ABB ay ipinakilala ito noong maagang 1980s. Ito ay dahil maraming bansa sa ibang lugar ay gumagamit ng 24kV bilang pangunahing medium-voltage distribution voltage. Ang kanilang mga produkto ay teknikal na advanced, high-performing, at napakataas ang reliabilidad. Ang lokal na 24kV gas-insulated SF6 ring main units ay lang nagsimula sa kamakailan. Limitado 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 insulasyon ay dapat humingi ng tulong sa mature foreign experience. Ang mga sumusunod ay ilang rekomendasyon tungkol sa struktura at disenyo ng insulasyon ng produkto:

2.1 Focus sa Structural Rationality

Dahil ang lahat ng live parts at switches sa 24kV gas-insulated SF6 ring main units ay sealed sa loob ng 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 pag-aaral upang rationally designed 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 isang produkto at ang potensyal nito para sa malawak na paggamit ay depende sa flexibility ng configuration. 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 performance ng insulasyon. Ang mga factor na nagdudulot ng degradation ng insulasyon ay kasama: ang leakage ng SF6 gas; ang polymeric insulation o sealing materials na may tiyak na permeability sa iba't ibang gases (tulad ng water vapor), na nagresulta sa unacceptable na condensation sa inner walls ng container; ang kontrol sa moisture content ng SF6 gas; at ang cracks sa insulating components.

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

3. Conclusion

Bagama't ang struktura at disenyo ng insulasyon ng 24kV high-voltage switchgear ay batay sa 12kV switchgear, ang mga requirement ay mas mataas. Bukod pa rito, dahil sa kulang na praktikal na karanasan sa operasyon, ang lahat ng mga factor na may impluwensiya ay dapat mabigyan ng sapat na pag-aaral sa panahon ng disenyo upang tugunan ang standards ng produkto.