Zaključivanje na strani busbaru za 24kV ekološki prijateljske RMU-ove: Zašto i kako

Kombinacija čvrstog izolacijskog pomoćnog sredstva s suhom zračnom izolacijom predstavlja smjer razvoja za kolokvijalne jedinice od 24 kV. Balansiranjem performansi izolacije i kompaktnosti, uporaba čvrstog pomoćnog izolacijskog sredstva omogućuje prolaz ispitivanja izolacije bez značajnog povećanja dimenzija između faza ili između faze i zemlje. Oblikovanje stupnja može riješiti izolaciju vakuumskog prekidnika i njegovih spojenih vodilaca.

Za izlaznu šinu od 24 kV, s razmakom između faza održanom na 110 mm, vulkanizacija površine šine može smanjiti jačinu električnog polja i koeficijent neuniformnosti električnog polja. Tablica 4 računa jačinu električnog polja pod različitim razmacima između faza i debljinama izolacije šine. Može se vidjeti da se adekvatnim povećanjem razmaka između faza na 130 mm i primjenom 5 mm epoksidne vulkanizacije na okruglu šinu, jačina električnog polja dosegu 2298 kV/m, što još uvijek ima određeni margine u usporedbi s maksimalnom jačinom električnog polja od 3000 kV/m koju suha zrak može podnijeti.

Tablica 1 Stanja električnog polja pod različitim razmacima između faza i debljinama izolacije šine

Zbog niske dielektrične čvrstoće suhe zrake, čvrsta izolacija ne može riješiti problem otpornosti na napon u prekidu izolacije. Dvostruki prekidač koristi dvije serijske plinove špore da efektivno podijeli napon. Elektrostatska štitnica i prstenovi za ravnomjerno raspodjelu električnog polja dizajnirani su na mjestima s koncentriranim električnim poljem, poput stacionarnih kontakata prekidača i zemlinskog prekidača, kako bi se smanjila intenzitet električnog polja i efektivno smanjila veličina zračnog prozora. Kao što je prikazano na slici 1, mehanizam dvostrukog prekidača postiže radne stanje - radno, izolirano i zemljano - putem poboljšane rotacije glavne osi od nilona. Prsten za ravnomjernu raspodjelu električnog polja na stacionarnom kontaktu ima promjer od 60 mm i obradjen je epoksidnim vulkaniziranjem; razmak od 100 mm može otprijeti impulsnom naponu od 150 kV.

Ostale rješenja, poput longitudinalne jednofazne rasporedbe koristeći ojačane legure za svaku fazu ili umjereno povećavanje tlaka plina, također mogu ispuniti dielektrična zahtjeva od 24 kV. Međutim, ring-mainski uređaji (RMUs) zahtijevaju nisku cijenu, a previsoke cijene su neprihvatljive za korisnike. Kroz optimiziran dizajn i umjereno proširenje ormarice RMU-a, moguće je postići niskocijene i kompaktni 24 kV ekološki prijateljski gas-insulirani RMU-ove.

Raspored zemlinskog prekidača u ekološki prijateljskim gas-insuliranim RMU-ovima

Postoje dva metoda u RMU-ovima za postizanje funkcije zemljanja u glavnom krugu:

• Prekidač za zemljanje na strani izlaza (donji prekidač za zemljanje)

• Prekidač za zemljanje na strani busbar-a (gornji prekidač za zemljanje)

Prekidač za zemljanje na strani busbar-a može biti odabran kao klasa E0, što zahtijeva koordinaciju s glavnim prekidačem tijekom rada. Prema Standardiziranom dizajnu za 12 kV ring-mainske uređaje (boxe) objavljenom od strane State Grid 2022. godine, u vezi s trostranim prekidačima, shema navodi da treba koristiti raspored na strani busbar-a i ponovno ih definira kao "kombinirane funkcionalne prekidače za zemljanje na strani busbar-a."

Propisi o sigurnosti struje nisu dopuštaju nikakve prekidače ili prekide između zemlinskih voda, prekidača za zemljanje i opreme pod održavanjem. Ako, zbog ograničenja opreme, postoji prekidač između prekidača za zemljanje i opreme pod održavanjem, moraju se poduzeti mjere kako bi se osiguralo da prekidač ne može otvoriti nakon što su zatvoreni prekidač za zemljanje i prekidač.

Stoga, prekidač za zemljanje na strani izlaza nalazi se ispod prekidača. On se direktno povezuje s izlaznim kablom koji se zemlja, zadovoljavajući zahtjev da ne postoji ni prekidač ni prekid između točke zemljanja, prekidača za zemljanje i opreme pod održavanjem. S druge strane, prekidač za zemljanje na strani busbar-a nalazi se iznad prekidača. Između prekidača za zemljanje i izlaznog kabela koji se zemlja nalazi vakuumski prekidač - on ne povezuje direktno. Budući da postoji prekidač između prekidača za zemljanje i opreme pod održavanjem, moraju se implementirati mjere kako bi se spriječilo otvaranje prekidača nakon što su zatvoreni prekidač za zemljanje i prekidač. Na primjer, put prekidača može se prekinuti putem spojnog platna, ili se mogu koristiti mehanički načini kako bi se spriječilo slučajno otvaranje, time se izbjegava neželjeno prekid zemljane staze.

Standardizirana dizajnska shema State Grid-a također specificira zahtjeve za zaklopom za kombinirane funkcionalne prekidače za zemljanje na strani busbar-a. Kada kombinirani funkcionalni prekidač na strani busbar-a koristi zatvaranje prekidača kako bi se postiglo zemljanje na strani kabela, mora uključivati i mehaničku i električnu zaklopnu vezu kako bi se spriječilo ručno ili električno otvaranje prekidača.

State Grid usvaja trostrani prekidač za izolaciju/zemljanje na strani busbar-a uglavnom uzimajući u obzir sposobnost zatvaranja (zaključivanja) pri kratkom zatvaranju. U SF6-insuliranim RMU-ovima, prekidač za zemljanje koristi se SF6-ove dielektrične čvrstoće, koja je oko tri puta veća od zraka, te njegovu sposobnost ugaseći luk oko 100 puta veću od zraka zbog boljeg hlađenja luka. Time je pouzdano osigurana sposobnost zatvaranja prekidača za zemljanje.

U suprotnosti, ekološki prijateljski plinovi nemaju sposobnost gašenja luka i imaju niže dielektrične performanse. Stoga je potrebna vrlo visoka brzina zatvaranja. Međutim, mehanizmi za rad RMU-ova imaju ograničenu energiju i ne mogu pružiti dovoljnu snagu za visokobrzinsko zatvaranje. Koristeći prekidač za zemljanje na strani izlaza, potreban bi bio povećan brzinu zatvaranja i poboljšana otpornost na luk i elektrodinamička analiza kontakata, što bi moglo dovesti do veće sile rada i više troškova. Prekidač za zemljanje na strani busbar-a, rješavajući problem zaklope s prekidačem, i dalje može osigurati pouzdano zemljanje uz jaču sposobnost zatvaranja.

Kroz tehničku i proizvodnu analizu SF6 u usporedbi s ekološki prijateljskim plinovima, može se vidjeti da 12 kV ekološki prijateljski gas-insulirani RMU-ovi mogu ispuniti zahtjeve za izolacijom i porastom temperature s samo malim povećanjem dimenzija, što ukazuje na zrele tehničke rješenja.

Međutim, postoji malo 24 kV ekološki prijateljskih gas-insuliranih proizvoda. Ključni izazov leži u višoj klasi napona, što dovodi do značajno povećanih dimenzija. Prevelika veličina i visoka cijena ograničit će razvoj 24 kV ekološki prijateljskih gas-insuliranih RMU-ova. Potreban je uravnoteženi pristup koji uzima u obzir tip insulirajućeg plina, tlak punjenja, volumen kućišta i troškove pomoćne izolacije kako bi se dizajnirali niskocijeni, kompaktni RMU-ovi. Tako se može postići stvarna zamjena SF6-om - omogućujući ne samo dominaciju na domaćem tržištu, nego i globalni izvoz, promovirajući kinesku niskougljičnu, ekološki prijateljsku električnu opremu diljem svijeta.