Busbar-Side Grounding for 24kV Eco-Friendly RMUs: Hvorfor og hvordan

Solid isolering assistance kombineret med tørr luftisolering er en udviklingsretning for 24 kV ringhovedenheder. Ved at balancere isoleringsydeevne og kompakthed gør brug af solid hjælpeisolering det muligt at bestå isoleringsprøver uden betydeligt at øge fase-til-fase eller fase-til-jord dimensioner. Indkapsling af polen kan adressere isoleringen af vakuumafbryderen og dens forbundne ledere.

For den 24 kV udgående busbar, med fasen afstand vedholdende på 110 mm, kan vulkanisering af busbars overflade reducere elektriske feltstyrke og elektriske feldets ujævnførhedskoefficient. Tabel 4 beregner elektrisk felt under forskellige faseafstande og busbar isoleringsdybde. Det kan ses, at ved passende forøgelse af faseafstanden til 130 mm og anvendelse af 5 mm epoxy vulkanisering på rund busbar, når elektriske feltstyrken 2298 kV/m, hvilket stadig har en vis margen i forhold til den maksimale elektriske feltstyrke på 3000 kV/m, som tørr luft kan modstå.

Tabel 1 Elektriske feltforhold under forskellige faseafstande og busbar isoleringsdybde

På grund af den lave dielektriske styrke i tørr luft kan solid isolering ikke løse problemet med spændingstålighed ved isoleringsbrydningen. En dobbeltbrydning disconnector bruger to gasmellemrum i serie for effektivt at opdele spændingen. Elektriske felt skjold og gradueringsringe er designet på steder med koncentrerede elektriske felter, såsom de faste kontakter på isolatoren og jordningskontakten, for at reducere elektriske feltintensitet og effektivt minimere størrelsen på luftmellemrummet. Som vist på figur 1, opnår dobbeltbrydning mekanismen driftstillstande - arbejdende, isoleret og jordet - gennem forbedret rotation af en nylon hovedakse. Gradueringsringen ved den faste kontakt har en diameter på 60 mm og behandles med epoxy vulkanisering; en klarhed på 100 mm kan modstå en lynimpulsspænding på 150 kV.

Andre løsninger, som longitudinelt enefasede anordninger ved hjælp af højstyrke legeringer til hver fase eller moderat forhøjelse af gaspression, kan også opfylde 24 kV dielektriske krav. Ringhovedenheder (RMUs) kræver dog lav kostpris, og for høje omkostninger er uacceptabelt for brugere. Gennem optimeret design og moderat forøgelse af RMU kabinet, er det muligt at opnå lavpris og kompakte 24 kV miljøvenlige gas-isolerede RMUs.

Jordningskontaktanordning i miljøvenlige gas RMUs

Der findes to metoder i RMUs for at opnå jordningsfunktion i hovedkredsløbet:

• Udgående linjeside jordningskontakt (nedre jordningskontakt)

• Busbarside jordningskontakt (øvre jordningskontakt)

Busbarside jordningskontakt kan vælges som klasse E0, hvilket kræver koordinering med hovedkontakten under drift. Ifølge Standardiseret Design Skema for 12 kV Ringhovedenheder (Bokser) udstedt af State Grid i 2022, angiver skemaet, at tre-positionskontakter bør anvende en busbarside anordning og omdanner dem til "busbarside kombinerede funktionelle jordningskontakter."

El-sikkerhedsregler fastsætter, at ingen kredsløbsbryder eller sikring må være forbundet mellem jordningsledninger, jordningskontakter, og udrustning under vedligeholdelse. Hvis, på grund af udstyr begrænsninger, en kredsløbsbryder findes mellem jordningskontakten og udrustningen under vedligeholdelse, skal foranstaltninger træffes for at sikre, at kredsløbsbryderen ikke kan åbnes efter både jordningskontakten og kredsløbsbryderen er lukket.

Derfor er linjeside jordningskontakten placeret nedenfor kredsløbsbryderen. Den forbinder direkte med den udgående kabel, der jordes, og opfylder kravet om, at der ikke findes nogen kredsløbsbryder eller sikring mellem jordningspunktet, jordningskontakten, og udrustningen under vedligeholdelse. I modsætning hertil er busbarside jordningskontakten placeret ovenfor kredsløbsbryderen. Der er en vakuum kredsløbsbryder mellem jordningskontakten og den udgående kabel, der jordes - den forbinder ikke direkte. Da der findes en kredsløbsbryder mellem jordningskontakten og udrustningen under vedligeholdelse, skal foranstaltninger implementeres for at forhindre, at kredsløbsbryderen åbnes, når både jordningskontakten og kredsløbsbryderen er lukket. For eksempel kan tripkredsløbet af kredsløbsbryderen blive afbrudt via en linkplade, eller mekaniske midler kan anvendes for at forhindre uheldige tripping, dermed undgå uventet afbrydelse af jordningsvejen.

State Grid Standardiseret Design Skema specificerer også låseskrav for busbarside kombinerede funktionelle jordningskontakter. Når den kombinerede funktionelle jordningskontakt på busbarsiden bruger lukning af kredsløbsbryderen for at opnå jording af kabelsiden, skal det inkludere både mekaniske og elektriske låser for at forhindre manuel eller elektrisk åbning af kredsløbsbryderen.

State Grid anvender busbarside tre-positionskontakt/isolering/jordning primært med hensyn til kortslutningslukning (lukning). I SF6-isolerede RMUs nyder jordningskontakten godt af, at SF6's dielektriske styrke er cirka tre gange så stor som lufts, og dens bukedævningskapacitet er ca. 100 gange større end lufts på grund af superiør bukeafkjøling. Derved er lukningskapaciteten af jordningskontakten pålideligt sikret.

I modsætning hertil mangler miljøvenlige gasser bukedævningskapacitet og har lavere isoleringsydeevne. Derfor kræves meget høj lukningshastighed. Imidlertid har RMU driftmekanismer begrænset energi og kan ikke give tilstrækkelig kraft til højhastighedslukning. Brug af linjeside jordningskontakt ville kræve forhøjet lukningshastighed og forbedret bukebestandighed og elektrodynamisk analyse af kontakterne, potentielt resulterende i større driftskræfter og højere omkostninger. Busbarside jordningskontakten, ved at løse kredsløbsbryder låsesproblemet, kan stadig sikre pålidelig jording, samtidig med at den tilbyder stærkere lukningskapacitet.

Gennem teknisk og produktanalyse af SF6 versus miljøvenlige gasser kan det ses, at 12 kV miljøvenlige gas-isolerede RMUs kan opfylde isolerings- og temperaturstigningskrav med kun mindre forøgelse i størrelse, hvilket indikerer modne tekniske løsninger.

Dog findes der få 24 kV miljøvenlige gas-isolerede produkter. Den nøgleudfordring ligger i den højere spændingsklasse, hvilket fører til betydeligt forøget størrelse. Udisse proportioner og høj pris vil begrænse udviklingen af 24 kV miljøvenlige gas-isolerede RMUs. En afbalanceret tilgang, der tager højde for type af isoleringsgas, fyldtryk, beholder volumen, og hjælpeisolering omkostninger, er nødvendig for at designe lavprisede, kompakte RMUs. Kun da kan sand SF6-erstatning realiseres - gøre det muligt ikke blot for dominerende indenlandske markeder, men også global eksport, fremme Kinas lavkarbon, miljøvenlige elektriske udstyr verden over.