ارکان برقی برای RMUهای 24kV دوستدار محیط زیست: چرا و چگونه

ترکیب عایق‌سازی جامد با عایق‌سازی هوا خشک، جهت توسعه واحدهای حلقه اصلی ۲۴ کیلوولت است. با توجه به تعادل عملکرد عایق‌سازی و فشردگی، استفاده از عایق‌سازی مکمل جامد امکان عبور از آزمون‌های عایق‌سازی را بدون افزایش قابل توجه بُعد بین فازها یا بُعد فاز به زمین فراهم می‌کند. پوشش دادن سوئیچ با عایق می‌تواند مشکلات عایق‌سازی میانerrupter خلاء و هادی‌های متصل به آن را حل کند.

برای شین خروجی ۲۴ کیلوولت، با حفظ فاصله ۱۱۰ میلی‌متر بین فازها، وulkanizatsiya سطح شین می‌تواند قدرت میدان الکتریکی و ضریب ناهمگونی میدان الکتریکی را کاهش دهد. جدول ۴ میدان الکتریکی را تحت فواصل مختلف بین فازها و ضخامت عایق شین محاسبه می‌کند. می‌توان دید که با افزایش مناسب فاصله بین فازها به ۱۳۰ میلی‌متر و اعمال پوشش ۵ میلی‌متری اپوکسی بر روی شین دایره‌ای، قدرت میدان الکتریکی به ۲۲۹۸ کیلوولت بر متر می‌رسد که هنوز یک حاشیه معینی نسبت به بیشینه قدرت میدان الکتریکی ۳۰۰۰ کیلوولت بر متر که هوا خشک می‌تواند تحمل کند دارد.

جدول ۱ شرایط میدان الکتریکی تحت فواصل مختلف بین فازها و ضخامت عایق شین

به دلیل مقاومت الکتریکی پایین هوا خشک، عایق جامد نمی‌تواند مشکل تحمل ولتاژ در شکاف جداکننده را حل کند. جداکننده دو شکافی از دو فاصله گازی سری برای تقسیم موثر ولتاژ استفاده می‌کند. سپر الکتریکی و حلقه‌های تدریجی در مکان‌هایی با میدان الکتریکی متمرکز، مانند تماس‌های ثابت جداکننده و کلید زمین، طراحی شده‌اند تا شدت میدان الکتریکی را کاهش داده و اندازه فاصله هوا را به طور موثر کاهش دهند. همانطور که در شکل ۱ نشان داده شده است، مکانیسم دو شکافی وضعیت‌های عملیاتی - کاری، جدا شده و زمین شده - را از طریق چرخش افزوده محور نایلونی اصلی به دست می‌آورد. حلقه تدریجی در تماس ثابت قطر ۶۰ میلی‌متری دارد و با اپوکسی سولفیده شده است؛ یک فاصله ۱۰۰ میلی‌متری می‌تواند ولتاژ ضربه گرفته ۱۵۰ کیلوولت را تحمل کند.

راه‌حل‌های دیگری مانند ترتیب یک‌فازی طولی با استفاده از پوشش‌های آلیاژی قدرت بالا برای هر فاز یا افزایش متعادل فشار گاز، نیز می‌توانند نیازهای عایقی ۲۴ کیلوولت را برآورده کنند. با این حال، واحد‌های حلقه اصلی (RMUs) نیاز به هزینه پایین دارند و هزینه‌های بسیار بالا برای کاربران قابل قبول نیست. از طریق طراحی بهینه و پهن‌تر کردن متعادل کابین RMU، ممکن است واحد‌های RMU عایق گازی دوستانه‌ی محیط زیست ۲۴ کیلوولت با هزینه پایین و فشرده به دست آید.

ترتیب کلید زمین در RMUهای گازی دوستانه‌ی محیط زیست

دو روش در RMUها برای دستیابی به عملکرد زمین‌داری در مدار اصلی وجود دارد:

• کلید زمین خط خروجی (کلید زمین پایین)

• کلید زمین خط اصلی (کلید زمین بالا)

کلید زمین خط اصلی می‌تواند به عنوان کلاس E0 انتخاب شود که نیاز به هماهنگی با کلید اصلی در زمان عملیات دارد. بر اساس طرح طراحی استاندارد برای واحد‌های حلقه اصلی ۱۲ کیلوولت (کادرها) که توسط شبکه برق در سال ۲۰۲۲ صادر شده است، در مورد کلیدهای سه‌موقعیتی، طرح مشخص می‌کند که کلیدهای سه‌موقعیتی باید از ترتیب خط اصلی استفاده کنند و آن‌ها را "کلیدهای ترکیبی عملکردی زمین‌داری خط اصلی" تعریف مجدد می‌کند.

قوانین ایمنی برق مشخص می‌کنند که هیچ شیرکلید یا فیوزی بین سیم‌های زمین، کلیدهای زمین و تجهیزات تحت نگهداری نباید وجود داشته باشد. اگر به دلیل محدودیت‌های تجهیزاتی، شیرکلیدی بین کلید زمین و تجهیزات تحت نگهداری وجود داشته باشد، اقداماتی باید انجام شود تا اطمینان حاصل شود که شیرکلید بعد از بسته شدن هر دو کلید زمین و شیرکلید نمی‌تواند باز شود.

بنابراین، کلید زمین خط خروجی در پایین‌دست شیرکلید قرار دارد. آن به طور مستقیم به کابل خروجی متصل می‌شود که زمین شده است، و این نیاز را برآورده می‌کند که هیچ شیرکلید یا فیوزی بین نقطه زمین، کلید زمین و تجهیزات تحت نگهداری وجود نداشته باشد. در مقابل، کلید زمین خط اصلی در بالادست شیرکلید قرار دارد. یک شیرکلید خلاء بین کلید زمین و کابل خروجی متصل شده وجود دارد—این اتصال مستقیم نیست. از آنجا که شیرکلیدی بین کلید زمین و تجهیزات تحت نگهداری وجود دارد، اقداماتی باید انجام شود تا جلوی باز شدن شیرکلید بعد از بسته شدن هر دو کلید زمین و شیرکلید گرفته شود. به عنوان مثال، مدار قطع شیرکلید ممکن است از طریق یک صفحه پیوند قطع شود یا روش‌های مکانیکی برای جلوگیری از قطع تصادفی استفاده شود تا از قطع غیرمنتظره مسیر زمین‌داری جلوگیری شود.

طرح طراحی استاندارد شبکه برق همچنین نیازهای قفل‌زنی برای کلید ترکیبی عملکردی زمین‌داری خط اصلی را مشخص می‌کند. وقتی کلید ترکیبی عملکردی زمین‌داری خط اصلی از بسته شدن شیرکلید برای دستیابی به زمین‌داری خط کابل استفاده می‌کند، باید شامل هر دو قفل‌زنی مکانیکی و الکتریکی باشد تا جلوی باز شدن دستی یا الکتریکی شیرکلید گرفته شود.

شبکه برق از کلید سه‌موقعیتی جداکننده/زمین‌داری خط اصلی به دلیل قابلیت بسته شدن (ساخت) کوتاه مداری استفاده می‌کند. در RMUهای عایق گازی SF6، کلید زمین از قدرت عایقی SF6 که حدود سه برابر هوا است و قابلیت خاموش کردن قوس الکتریکی آن حدود ۱۰۰ برابر هوا به دلیل خنک‌سازی قوس بهتر استفاده می‌کند. بنابراین، ظرفیت بسته شدن کلید زمین به طور قابل اعتماد تضمین می‌شود.

در مقابل، گازهای دوستانه‌ی محیط زیست قابلیت خاموش کردن قوس ندارند و عملکرد عایقی پایین‌تری دارند. بنابراین، سرعت بسته شدن بسیار بالا مورد نیاز است. با این حال، مکانیزم‌های عملیاتی RMU انرژی محدودی دارند و نمی‌توانند نیروی کافی برای بسته شدن با سرعت بالا فراهم کنند. استفاده از کلید زمین خط خروجی نیاز به افزایش سرعت بسته شدن و بهبود مقاومت در برابر قوس و تجزیه و تحلیل الکترودینامیک تماس‌ها دارد که ممکن است منجر به نیروهای عملیاتی بزرگتر و هزینه‌های بالاتر شود. کلید زمین خط اصلی، با حل مشکل قفل‌زنی شیرکلید، همچنان می‌تواند زمین‌داری قابل اعتماد را تأمین کند در حالی که ظرفیت ساخت قوی‌تری ارائه می‌دهد.

با تجزیه و تحلیل فنی و محصولی SF6 در مقایسه با گازهای دوستانه‌ی محیط زیست، می‌توان دید که RMUهای گازی ۱۲ کیلوولت دوستانه‌ی محیط زیست می‌توانند نیازهای عایقی و افزایش دما را با تنها افزایش کمی در اندازه برآورده کنند که نشان‌دهنده‌ی راه‌حل‌های فنی رسیده به مرحله‌ی نهایی است.

با این حال، تعداد کمی از محصولات گازی ۲۴ کیلوولت دوستانه‌ی محیط زیست در دسترس هستند. چالش اصلی در اینجا نرخ ولتاژ بالاتر است که منجر به افزایش قابل توجه در ابعاد می‌شود. اندازه‌ی بیش از حد و قیمت بالا می‌توانند توسعه RMUهای گازی ۲۴ کیلوولت دوستانه‌ی محیط زیست را محدود کنند. نیاز به رویکرد تعادلی در نظر گرفتن نوع گاز عایق، فشار پرکننده، حجم پوشش و هزینه عایق کمکی برای طراحی RMUهای با هزینه پایین و فشرده است. فقط در این صورت می‌توان جایگزینی واقعی SF6 را به دست آورد—که نه تنها می‌تواند بازار داخلی را مسلط کند بلکه صادرات جهانی را نیز ترویج دهد و تجهیزات برق کم کربن و دوستانه‌ی محیط زیست چین را در سراسر جهان ترویج دهد.