Zázněžení na straně sběrné lišty pro 24kV ekologické RMU: Proč a jak

Kombinace pevné izolace s suchou vzduchovou izolací je směrem vývoje pro 24 kV okruhové rozvaděče. Dosahováním rovnováhy mezi výkonem izolace a kompaktností umožňuje použití pevné pomocné izolace projít testy izolace bez významného zvětšení rozměrů fáze k fázi nebo fáze k zemi. Zapouzdření stoupnu může řešit izolaci vakuumového přerušovače a jeho spojených vodičů.

Pro odvodnici 24 kV, při udržení mezery mezi fázemi na 110 mm, vulkanizace povrchu odvodnice může snížit sílu elektrického pole a koeficient nerovnoměrnosti elektrického pole. Tabulka 4 počítá sílu elektrického pole za různých mezích mezi fázemi a tloušťkách izolace odvodnice. Lze vidět, že vhodným zvětšením mezery mezi fázemi na 130 mm a aplikací 5 mm epoxidové vulkanizace na kulatou odvodnici lze dosáhnout síly elektrického pole 2298 kV/m, což stále nabízí určité rezervy oproti maximální síle elektrického pole 3000 kV/m, kterou suchý vzduch může vydržet.

Tabulka 1 Podmínky elektrického pole za různých mezích mezi fázemi a tloušťkách izolace odvodnice

V důsledku nízké dielektrické pevnosti suchého vzduchu nemůže tuhá izolace vyřešit problém s odolností napětí v místě přerušení. Dvojitý přerušovač používá dvě plynové mezery v sérii k efektivnímu rozdělení napětí. Elektrické pole štítu a stupňovací kroužky jsou navrženy na místech s koncentrovaným elektrickým polem, jako jsou stacionární kontakty přerušovače a zemnícího spínače, aby se snížila intenzita elektrického pole a efektivně minimalizovala velikost vzduchové mezeře. Jak je znázorněno na obrázku 1, mechanismus dvojitého přerušení dosahuje provozních stavů - pracující, izolovaný a zazemlený - prostřednictvím vylepšené rotace nylonové hlavní hřídele. Stupňovací kroužek u stacionárního kontaktu má průměr 60 mm a je ošetřen epoxidovou vulkanizací; mezera 100 mm může odolat bleskovému impulsnímu napětí 150 kV.

Další řešení, jako je podélné jednofázové uspořádání s použitím obálky z vysokopevnostní slitiny pro každou fázi nebo mírné zvýšení tlaku plynu, také mohou splnit dielektrické požadavky 24 kV. Avšak okruhy hlavní smyčky (RMUs) vyžadují nízké náklady a příliš vysoké náklady jsou pro uživatele nepřijatelné. Přes optimalizovaný design a mírné rozšíření skříně RMU lze dosáhnout nízkonákladových a kompaktních 24 kV ekologických plynových izolovaných RMU.

Rozvržení zemnícího spínače v ekologických plynových RMU

Existuje dvě metody v RMU pro dosažení funkce zazemlení v hlavním obvodu:

• Zemnící spínač na straně vycházející linky (spodní zemnící spínač)

• Zemnící spínač na straně sběrnice (horní zemnící spínač)

Zemnící spínač na straně sběrnice může být vybrán jako třída E0, což vyžaduje koordinaci s hlavním spínačem během provozu. Podle Standardizovaného návrhu pro 12 kV okruhy hlavní smyčky (skříně) vydal State Grid v roce 2022, pokud jde o třípolohové spínače, návrh stanovuje, že by měly být třípolohové spínače umístěny na straně sběrnice a redefinovány jako "kombinované funkční zemnící spínače na straně sběrnice."

Pravidla bezpečnosti elektrické energie stanovují, že mezi zemnícími dráty, zemnícími spínači a zařízením podléhajícím údržbě nesmí být žádný spínač ani pojistka. Pokud kvůli omezením zařízení existuje mezi zemnícím spínačem a zařízením podléhajícím údržbě spínač, musí být provedena opatření, která zajistí, že spínač nemůže otevřít po uzavření jak zemnícího spínače, tak i spínače.

Proto je zemnící spínač na straně vycházející linky umístěn za spínačem. Připojuje se přímo k vycházejícímu kabelu, který je zazemlen, což splňuje požadavek, aby mezi bodem zazemlení, zemnícím spínačem a zařízením podléhajícím údržbou nebyl žádný spínač ani pojistka. Naopak, zemnící spínač na straně sběrnice je umístěn před spínačem. Mezi zemnícím spínačem a vycházejícím kabelem, který je zazemlen, existuje vakuumový spínač - nepřipojuje se přímo. Protože mezi zemnícím spínačem a zařízením podléhajícím údržbou leží spínač, musí být provedena opatření, která zabrání otevření spínače, pokud jsou uzavřeny jak zemnící spínač, tak i spínač. Například může být odpojen obvod spouštěcího čidlo spínače pomocí spojkové desky nebo mechanické prostředky, které zabrání náhodnému otevření a tím předejdou nechtěnému přerušení cesty zazemlení.

Standardizovaný návrh State Grid také stanovuje požadavky na interlock kombinovaného funkčního zemnícího spínače na straně sběrnice. Když kombinovaný funkční zemnící spínač na straně sběrnice používá uzavření spínače k dosažení zazemlení na straně kabelu, musí zahrnovat jak mechanické, tak elektromagnetické interlocky, aby zabránil ručnímu nebo elektrickému otevření spínače.

State Grid přijímá třípolohový izolační/zemnící spínač na straně sběrnice především z důvodu schopnosti krátkého zapojení (uzavření). V SF6 izolovaných RMU má zemnící spínač prospěch z toho, že dielektrická pevnost SF6 je asi třikrát vyšší než vzduchu a jeho schopnost uhasit oblouk je přibližně 100krát vyšší než u vzduchu díky lepšímu chladění oblouku. Tedy, uzavírací kapacita zemnícího spínače je spolehlivě zajištěna.

Naopak, ekologické plyny mají nižší schopnost uhasit oblouk a nižší izolační vlastnosti. Proto je vyžadována velmi vysoká rychlost uzavírání. Nicméně, mechanismy RMU mají omezenou energii a nemohou poskytnout dostatečnou sílu pro vysokorychlostní uzavírání. Použití zemnícího spínače na straně vycházející linky by vyžadovalo zvýšení rychlosti uzavírání a zlepšení odolnosti proti oblouku a elektrodynamické analýzy kontaktů, což by mohlo vést k větším provozním silám a vyšším nákladům. Zemnící spínač na straně sběrnice, tím, že vyřeší problém s interlockem spínače, stále může zajistit spolehlivé zazemlení a nabízet silnější kapacitu zapojení.

Přes technickou a produktovou analýzu SF6 versus ekologických plynů lze vidět, že 12 kV ekologické plynové izolované RMU mohou splnit požadavky na izolaci a tepelné zvýšení s pouze malým zvětšením rozměrů, což naznačuje zralé technické řešení.

Avšak, existuje jen málo 24 kV ekologických plynových izolovaných produktů. Klíčový problém spočívá v vyšším napěťovém stupeň, což vedlo k výraznému zvětšení rozměrů. Příliš velké rozměry a vysoké ceny budou omezovat vývoj 24 kV ekologických plynových izolovaných RMU. Je potřeba vyvážený přístup zvažující typ izolačního plynu, plnění tlakem, objem obálky a náklady na pomocnou izolaci, aby bylo možné navrhnout nízkonákladová, kompaktní RMU. Jen pak lze dosáhnout skutečného nahrazení SF6 - umožňující nejen domácí tržní dominanci, ale také globální export a podporu nízkouhlíkové, ekologické elektrické výbavy Číny po celém světě.