קיטור אדמה בצד החיבור לפס המאגד עבור RMUs ידידותיות לסביבה של 24kV: למה ומדוע

שילוב בין בידוד מוצק ובין בידוד אוויר יבש הוא כיוון פיתוח עבור יחידות טבעת ראשי של 24 ק"ו. על ידי שיווי משקל בין ביצועי הבידוד והקומפקטיות, השימוש בבידוד עזר מוצק מאפשר לעבור את בדיקות הבידוד מבלי להגדיל באופן משמעותי את המימדים בין פאזה לפאזה או בין פאזה לקרקע. חיפוי של הקוטב יכול להתמודד עם בידוד מתווך הריק ומנגנוני ההעברה המחוברים אליו.

עבור החוטים היוצאים של 24 ק"ו, כאשר המרחק בין הפאזות נשמר ב-110 מ"מ, וולקניזציה של פני השטח של החוטים יכולה להפחית את עוצמת השדה החשמלי ואת מקדם אי-האחידות של השדה החשמלי. טבלה 4 מחשבת את עוצמת השדה החשמלי תחת מרחקים שונים בין הפאזות ועובי בידוד החוטים. ניתן לראות כי על ידי הגדלת מתונה של המרחק בין הפאזות ל-130 מ"מ ושימוש בטיפול בוולקניזציה אפוקסי ברוחב 5 מ"מ לחוט מעגלי, עוצמת השדה החשמלי מגיעה ל-2298 ק"ו/מ', עדיין ישנה שולי בטיחות מסוימת בהשוואה לעוצמת השדה החשמלית המירבית של 3000 ק"ו/מ' שאוויר יבש יכול לספוג.

טבלה 1 מצבים של שדה חשמלי תחת מרחקים שונים בין הפאזות ועובי בידוד החוטים

בשל חוזק הדיאלקטרי הנמוך של אוויר יבש, בידוד מוצק אינו יכול לפתור את הבעיה של עמידותря напряжению на месте разрыва изоляции. Двойной выключатель использует две газовые промежутки последовательно, чтобы эффективно разделить напряжение. Электрическое поле и градиентные кольца проектируются в местах с концентрированным электрическим полем, таких как неподвижные контакты изолятора и заземляющего выключателя, чтобы уменьшить интенсивность электрического поля и эффективно минимизировать размер воздушного промежутка. Как показано на рисунке 1, механизм двойного выключения достигает операционных состояний — рабочего, изолированного и заземленного — через усиленное вращение основного нейлонового вала. Градиентное кольцо на неподвижном контакте имеет диаметр 60 мм и обрабатывается эпоксидной вулканизацией; зазор 100 мм может выдержать ударное напряжение молнии 150 кВ.

Другие решения, такие как продольная однофазная компоновка с использованием корпусов из высокопрочных сплавов для каждой фазы или умеренное увеличение давления газа, также могут удовлетворять требованиям диэлектрической прочности 24 кВ. Однако блоки распределительных устройств (RMUs) требуют низкой стоимости, и чрезмерно высокие затраты недопустимы для пользователей. Через оптимизированный дизайн и умеренное расширение корпуса RMU возможно достичь низкобюджетных и компактных экологически чистых газовых изолированных RMU на 24 кВ.

Расположение заземляющего выключателя в экологически чистых газовых RMU

Существуют два метода в RMU для достижения функции заземления в главной цепи:

• Заземляющий выключатель на стороне исходящей линии (нижний заземляющий выключатель)

• Заземляющий выключатель на стороне шины (верхний заземляющий выключатель)

Заземляющий выключатель на стороне шины можно выбрать класса E0, который требует координации с основным выключателем при работе. Согласно стандартизированной схеме дизайна для блоков распределительных устройств на 12 кВ, выпущенной State Grid в 2022 году, относительно трехпозиционных выключателей, схема указывает, что трехпозиционные выключатели должны использовать расположение на стороне шины и переопределяют их как "комбинированные функциональные заземляющие выключатели на стороне шины."

Правила безопасности энергоснабжения предписывают, чтобы между заземляющими проводами, заземляющими выключателями и оборудованием, находящимся в ремонте, не было подключено никаких выключателей или предохранителей. Если из-за ограничений оборудования существует выключатель между заземляющим выключателем и оборудованием, находящимся в ремонте, необходимо принять меры, чтобы обеспечить, что выключатель не сможет открыться после закрытия как заземляющего выключателя, так и выключателя.

Поэтому заземляющий выключатель на стороне исходящей линии расположен ниже выключателя. Он напрямую соединяется с заземляемым исходящим кабелем, удовлетворяя требованию, чтобы не было выключателей или предохранителей между точкой заземления, заземляющим выключателем и оборудованием, находящимся в ремонте. В противоположность этому, заземляющий выключатель на стороне шины расположен выше выключателя. Между заземляющим выключателем и заземляемым исходящим кабелем находится вакуумный выключатель — он не соединяется напрямую. Поскольку между заземляющим выключателем и оборудованием, находящимся в ремонте, находится выключатель, необходимо внедрить меры, чтобы предотвратить открытие выключателя после закрытия как заземляющего выключателя, так и выключателя. Например, цепь отключения выключателя может быть отключена через пластины связи, или могут быть использованы механические средства, чтобы предотвратить случайное отключение, тем самым избегая непреднамеренного разрыва пути заземления.

Стандартизированная схема дизайна State Grid также указывает требования к взаимозависимости для комбинированных функциональных заземляющих выключателей на стороне шины. Когда комбинированный функциональный заземляющий выключатель на стороне шины использует закрытие выключателя для достижения заземления стороны кабеля, он должен включать как механическую, так и электрическую взаимозависимость, чтобы предотвратить ручное или электрическое открытие выключателя.

State Grid использует трехпозиционный изолирующий/заземляющий выключатель на стороне шины, в основном, учитывая способность к короткому замыканию (закрытию). В RMU с изоляцией SF6 заземляющий выключатель получает выгоду от того, что диэлектрическая прочность SF6 примерно в три раза выше, чем у воздуха, а его способность к гашению дуги примерно в 100 раз выше, чем у воздуха, благодаря лучшему охлаждению дуги. Таким образом, способность к закрытию заземляющего выключателя надежно обеспечивается.

В отличие от этого, экологически чистые газы не имеют способности к гашению дуги и имеют более низкую изоляционную производительность. Поэтому требуется очень высокая скорость закрытия. Однако механизмы RMU имеют ограниченную энергию и не могут предоставить достаточную силу для высокоскоростного закрытия. Использование заземляющего выключателя на стороне исходящей линии потребовало бы увеличения скорости закрытия и улучшения сопротивления дуге и электродинамического анализа контактов, что могло бы привести к большим усилиям работы и более высоким затратам. Заземляющий выключатель на стороне шины, решая проблему взаимозависимости выключателя, все еще может обеспечивать надежное заземление, предлагая более мощную способность к закрытию.

Через технический и продуктивный анализ SF6 по сравнению с экологически чистыми газами можно увидеть, что экологически чистые газовые RMU на 12 кВ могут удовлетворять требованиям изоляции и нагрева с минимальным увеличением размеров, что указывает на зрелые технические решения.

Однако доступно мало экологически чистых газовых продуктов на 24 кВ. Основная проблема заключается в более высоком классе напряжения, что приводит к значительному увеличению размеров. Избыточные размеры и высокая цена будут ограничивать развитие экологически чистых газовых RMU на 24 кВ. Необходим сбалансированный подход, учитывающий тип изолирующего газа, давление заполнения, объем корпуса и стоимость вспомогательного барьерного изолятора, для проектирования низкобюджетных, компактных RMU. Только тогда можно будет достичь настоящей замены SF6, что позволит не только доминировать на внутреннем рынке, но и экспортировать по всему миру, продвигая низкоуглеродное, экологически чистое электрооборудование Китая по всему миру.