Terraqueo de barramento para RMUs ecolóxicos de 24kV: Por que e como

A axuda de aislamento sólido combinada co aislamento de aire seco é unha dirección de desenvolvemento para as unidades de anel de 24 kV. Ao equilibrar o rendemento do aislamento e a compacidade, o uso de aislamento auxiliar sólido permite superar as probas de aislamento sen aumentar significativamente as dimensións entre fases ou entre fase e terra. A encapsulación do polo pode abordar o aislamento do interruptor de vacío e os seus conductores conectados.

Para a barra de saída de 24 kV, mantendo o espazado entre fases en 110 mm, vulcanizar a superficie da barra pode reducir a intensidade do campo eléctrico e o coeficiente de non uniformidade do campo eléctrico. A táboa 4 calcula o campo eléctrico baixo diferentes espazados entre fases e espesores de aislamento da barra. Pódese ver que ao aumentar adecuadamente o espazado entre fases a 130 mm e aplicar un tratamento de vulcanización de epoxi de 5 mm á barra redonda, a intensidade do campo eléctrico alcanza 2298 kV/m, o que aínda ten unha certa xanela comparado coa máxima intensidade do campo eléctrico de 3000 kV/m que o aire seco pode soportar.

Táboa 1 Condicions de campo eléctrico baixo diferentes espazados entre fases e espesores de aislamento da barra

Debido á baixa resistencia dieléctrica do aire seco, o aislamento sólido non pode resolver o problema da resistencia a voltaxes na interrupción de aislamento. Un interruptor de dobre interrupción usa dúas laxes de gas en serie para dividir eficazmente o voltaxe. Os escudos de campo eléctrico e os aneis de gradación están deseñados en lugares con campos eléctricos concentrados, como os contactos estáticos do interruptor de aislamento e do interruptor de terra, para reducir a intensidade do campo eléctrico e minimizar eficazmente o tamaño da laxa de aire. Como se mostra na Figura 1, o mecanismo de dobre interrupción logra os estados operativos—en funcionamento, aislado e aterrado—mediante a rotación mellorada dun eixo principal de nailon. O anel de gradación no contacto estático ten un diámetro de 60 mm e está tratado con vulcanización de epoxi; unha laxa de 100 mm pode soportar un voltaxe de impulso de raio de 150 kV.

Outras solucións, como a disposición unifásica longitudinal usando caixas de alta resistencia para cada fase ou o aumento moderado da presión do gas, tamén poden cumprir os requisitos dieléctricos de 24 kV. No entanto, as unidades de anel (RMUs) requiren un custo baixo, e custos excesivamente altos son inaceptables para os usuarios. A través dun deseño optimizado e un alargamento moderado da caixa RMU, é posible lograr RMUs de 24 kV de aislamento a gas ecolóxico de baixo custo e compactos.

Disposición do interruptor de terra nas RMUs de gas ecolóxico

Hai dous métodos nas RMUs para lograr a función de terra no circuito principal:

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

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

O interruptor de terra lateral de barra pode ser seleccionado como clase E0, que require coordinación co interruptor principal durante a operación. Segundo o Esquema de Deseño Estandarizado para Unidades de Anel de 12 kV (Caixas) emitido pola State Grid en 2022, respecto aos interruptores de tres posicións, o esquema especifica que os interruptores de tres posicións deben adoptar unha disposición lateral de barra e redefineilos como "interruptores de terra combinados de función lateral de barra."

As rexistras de seguridade eléctrica estipulan que non debe haber ningún interruptor de circuito ou fusible conectado entre os cabos de terra, os interruptores de terra e o equipo en manutención. Se, debido ás restricións do equipo, existe un interruptor de circuito entre o interruptor de terra e o equipo en manutención, deben tomarse medidas para asegurar que o interruptor de circuito non se abra despois de que ambos, o interruptor de terra e o interruptor de circuito, estean pechados.

Por tanto, o interruptor de terra lateral de saída está situado a montante do interruptor de circuito. Conecta directamente co cabo de saída aterrado, satisfacendo o requisito de que non haxa ningún interruptor de circuito ou fusible entre o punto de terra, o interruptor de terra e o equipo en manutención. En contraste, o interruptor de terra lateral de barra está situado a valle do interruptor de circuito. Hai un interruptor de circuito de vacío entre o interruptor de terra e o cabo de saída aterrado—non se conecta directamente. Debido a que hai un interruptor de circuito entre o interruptor de terra e o equipo en manutención, deben implementarse medidas para prevenir que o interruptor de circuito se abra unha vez que ambos, o interruptor de terra e o interruptor de circuito, estean pechados. Por exemplo, o circuito de disparo do interruptor de circuito pode desconectarse mediante unha placa de ligazón, ou poden usarse medios mecánicos para evitar disparos accidentais, evitando así a desconexión involuntaria da ruta de terra.

O Esquema de Deseño Estandarizado da State Grid tamén especifica os requisitos de bloqueo para o interruptor de terra combinado de función lateral de barra. Cando o interruptor de terra combinado de función lateral de barra usa o peche do interruptor de circuito para lograr a terra do lado do cabo, debe incluír tanto bloqueos mecánicos como eléctricos para prevenir a apertura manual ou eléctrica do interruptor de circuito.

A State Grid adopta o interruptor de aislamento/terra de tres posicións lateral de barra principalmente considerando a capacidade de fecho en curto circuito. Nas RMUs de aislamento a SF6, o interruptor de terra beneficia da resistencia dieléctrica do SF6, que é aproximadamente tres veces a do aire, e da súa capacidade de extinción de arcos, que é aproximadamente 100 veces maior que a do aire debido ao seu mellor resfriamento de arcos. Así, a capacidade de fecho do interruptor de terra está asegurada de forma fiable.

En contraste, os gases ecolóxicos carecen de capacidade de extinción de arcos e teñen un rendemento de aislamento menor. Polo tanto, requírese unha velocidade de fecho moi alta. No entanto, os mecanismos de operación das RMUs teñen enerxía limitada e non poden proporcionar forza suficiente para un fecho de alta velocidade. Usar un interruptor de terra lateral de saída requería un aumento da velocidade de fecho e unha mellora na resistencia ao arco e na análise electrodinámica dos contactos, o que potencialmente levaría a forzas de operación maiores e a custos máis altos. O interruptor de terra lateral de barra, ao resolver o problema de bloqueo do interruptor de circuito, pode aínda así asegurar unha terra fiable mentres ofrece unha capacidade de fecho máis forte.

A través da análise técnica e de produto do SF6 versus os gases ecolóxicos, pódese ver que as RMUs de 12 kV de aislamento a gas ecolóxico poden cumprir os requisitos de aislamento e elevación de temperatura con só un pequeno aumento de tamaño, indicando solucions técnicas maduras.

No entanto, hai poucos produtos de aislamento a gas ecolóxico de 24 kV dispoñibles. O reto clave está na clasificación de voltaxe máis alta, que leva a un aumento significativo das dimensións. Un tamaño excesivo e un alto prezo restringirán o desenvolvemento de RMUs de 24 kV de aislamento a gas ecolóxico. É necesario un enfoque equilibrado que considere o tipo de gas aisolante, a presión de llenado, o volume da caixa e o custo do aislamento auxiliar para deseñar RMUs de baixo custo e compactos. Só entón se pode lograr un verdadeiro substituto do SF6—permitindo non só a dominancia no mercado doméstico, senón tamén a exportación global, promovendo o equipo eléctrico de baixo carbono e ecolóxico de China a nivel mundial.