Aigua de terra lateral per RMUs ecològiques de 24kV: Per què i com

L'ajuda d'aislament sòlid combinada amb l'aislament d'aire sec és una direcció de desenvolupament per a les unitats de mà principal de 24 kV. Equilibrant el rendiment de l'aislament i la compactesa, l'ús d'aislament auxiliar sòlid permet passar els tests d'aislament sense augmentar significativament les dimensions fase a fase o fase a terra. L'encapsulació del pol pot abordar l'aislament de l'interruptor al buit i els seus conductors connectats.

Per a la barra de sortida de 24 kV, mantenint l'espaiat de fases a 110 mm, la vulcanització de la superfície de la barra pot reduir la intensitat del camp elèctric i el coeficient d'inhomogeneïtat del camp elèctric. La Taula 4 calcula el camp elèctric en diferents espaiats de fases i gruixos d'aislament de la barra. Es pot veure que, augmentant convenientment l'espaiat de fases a 130 mm i aplicant un tractament de vulcanització d'epoxi de 5 mm a la barra circular, la intensitat del camp elèctric arriba a 2298 kV/m, que encara té un cert marge comparat amb la màxima intensitat del camp elèctric de 3000 kV/m que l'aire sec pot suportar.

Taula 1 Condicions del camp elèctric en diferents espaiats de fases i gruixos d'aislament de la barra

Degut a la baixa resistència dielèctrica de l'aire sec, l'aislament sòlid no pot resoldre el problema de la resistència a la tensió en el tall d'isolació. Un interruptor desconnectador de doble tall utilitza dues intervals de gas en sèrie per dividir eficàciamenent la tensió. S'han dissenyat escuts de camp elèctric i anells de graduació en ubicacions amb camps elèctrics concentrats, com els contactes estacionaris de l'isolador i l'interruptor de terra, per reduir la intensitat del camp elèctric i minimitzar efectivament la mida de l'interval d'aire. Com es mostra en la Figura 1, el mecanisme de doble tall assolix els estats operatius—treball, aïllat i a terra—mitjançant una rotació reforçada d'un eix principal de naylon. L'anell de graduació del contacte estacionari té un diàmetre de 60 mm i es tracta amb vulcanització d'epoxi; una clarificació de 100 mm pot suportar una tensió d'impuls de raig de 150 kV.

Altres solucions, com l'arranjament longitudinal de fases individuals utilitzant caixes d'al·lau d'alta resistència per cada fase o un augment moderat de la pressió del gas, també poden complir els requisits dielèctrics de 24 kV. No obstant això, les unitats de mà principal (RMUs) requereixen un baix cost, i els costs excessivament alts no són acceptables pels usuaris. A través d'un disseny optimitzat i un ampliació moderada de la caixa RMU, és possible aconseguir RMUs de 24 kV amigables amb l'ambient, de baix cost i compactes.

Disposició de l'Interruptor de Terra en RMUs d'Gas Ecològic

Hi ha dos mètodes en RMUs per aconseguir la funció de terra en el circuit principal:

• Interruptor de terra lateral de línia (interruptor de terra inferior)

• Interruptor de terra lateral de barra (interruptor de terra superior)

L'interruptor de terra lateral de barra es pot seleccionar com a Classe E0, que requereix coordinació amb l'interruptor principal durant l'operació. Segons l'Esquema de Disseny Estandarditzat per a Unitats de Mà Principal de 12 kV (Caixes) emès pel Grid Estatal el 2022, respecte als commutadors de tres posicions, l'esquema especifica que els commutadors de tres posicions haurien de adoptar un disposició lateral de barra i els redefineix com "interruptors de terra combinats funcionals laterals de barra."

Les regulacions de seguretat elèctrica estableixen que no hi hagi cap interruptor de circuit ni fusible entre els cables de terra, els interruptors de terra i l'equipament en manteniment. Si, degut a les limitacions de l'equipament, existeix un interruptor de circuit entre l'interruptor de terra i l'equipament en manteniment, s'han de prendre mesures per assegurar que l'interruptor de circuit no es pugui obrir després que tant l'interruptor de terra com l'interruptor de circuit hagin estat tancats.

Per tant, l'interruptor de terra lateral de línia es troba a l'aval de l'interruptor de circuit. Es connecta directament al cable de sortida que s'està aterrissant, satisfent el requisit que no hi hagi cap interruptor de circuit ni fusible entre el punt de terra, l'interruptor de terra i l'equipament en manteniment. En canvi, l'interruptor de terra lateral de barra es troba a l'amont de l'interruptor de circuit. Hi ha un interruptor de circuit al buit entre l'interruptor de terra i el cable de sortida que s'està aterrissant—no es connecta directament. Com que hi ha un interruptor de circuit entre l'interruptor de terra i l'equipament en manteniment, s'han de implementar mesures per prevenir que l'interruptor de circuit s'obri una vegada que tant l'interruptor de terra com l'interruptor de circuit hagin estat tancats. Per exemple, el circuit de trencament de l'interruptor de circuit pot ser desconnectat mitjançant una placa de connexió, o es poden utilitzar mitjans mecànics per prevenir el trencament accidental, evitant així la desconexió involuntària del camí de terra.

L'Esquema de Disseny Estandarditzat del Grid Estatal també especifica els requisits d'interbloqueig per a l'interruptor de terra combinat funcional lateral de barra. Quan l'interruptor de terra combinat funcional lateral de barra utilitza el tancament de l'interruptor de circuit per aconseguir la terra del costat del cable, ha de incloure tant interbloquejos mecànics com elèctrics per prevenir l'obertura manual o elèctrica de l'interruptor de circuit.

El Grid Estatal adopta el commutador de tres posicions lateral de barra principalment considerant la capacitat de fer curtcircuït (tancament). En les RMUs aïllades amb SF6, l'interruptor de terra beneficia de la resistència dielèctrica del SF6, que és aproximadament tres vegades superior a la de l'aire, i de la seva capacitat d'extinció d'arc, que és aproximadament 100 vegades superior a la de l'aire degut a la millor refrigeració de l'arc. Així, la capacitat de tancament de l'interruptor de terra està assegurada de manera fiable.

En canvi, els gasos ecològics manca de capacitat d'extinció d'arc i tenen un rendiment d'aislament inferior. Per tant, es requereix una velocitat de tancament molt alta. No obstant això, els mecanismes d'operació de les RMUs tenen energia limitada i no poden proporcionar força suficient per al tancament de alta velocitat. Utilitzar un interruptor de terra lateral de línia requeriria augmentar la velocitat de tancament i millorar la resistència a l'arc i l'anàlisi electrodinàmica dels contactes, potencialment conduint a forces d'operació més grans i costos més alts. L'interruptor de terra lateral de barra, resolent el problema d'interbloqueig de l'interruptor de circuit, encara pot assegurar una terra fiable mentre ofereix una capacitat de tancament més forta.

A través de l'anàlisi tècnica i de producte de SF6 versus gasos ecològics, es pot veure que les RMUs aïllades amb gasos ecològics de 12 kV poden complir els requisits d'aislament i elevació de temperatura amb només un augment menor de la mida, indicant solucions tècniques madures.

No obstant això, hi ha poques unitats de mà principal (RMUs) aïllades amb gasos ecològics de 24 kV disponibles. El repte clau resideix en la classificació de tensió més alta, que porta a un increment significatiu de les dimensions. Una mida excesiva i un preu elevat restringiran el desenvolupament de les RMUs aïllades amb gasos ecològics de 24 kV. Es necessita un enfocament equilibrat que tingui en compte el tipus de gas aïllant, la pressió de llenç, el volum de la caixa i el cost de l'aislament auxiliar per dissenyar RMUs de baix cost i compactes. Només així es pot aconseguir una substitució real de SF6, permetent no només la dominació del mercat intern, sinó també les exportacions globals, promovint l'equipament elèctric de baix carboni i ecològic de Xina a tot el món.