Földelés a buszlejének oldalán 24 kV környezetbarát RMU-k esetén: Miért és hogyan

A szilárd izolációs segédeszközök használata kombinációban száraz levegővel való izolációval egy fejlesztési irány 24 kV gyűrűhálózati egységek esetén. Az izolációs teljesítmény és a kompaktság közötti egyensúly megtartása mellett a szilárd segédeszközi izoláció használata lehetővé teszi, hogy az izolációs vizsgálatokat átmenjenek anélkül, hogy jelentősen növelném a fázis-fázis vagy fázis-föld távolságokat. A pólus becsomagolása megoldást nyújthat a vákuumszakító és annak csatlakoztatott vezetékeinek izolációjára.

A 24 kV kiinduló buszbár esetén, ahol a fázis távolságot 110 mm-re tartják, a buszbár felületének vulkanizálása csökkentheti az elektromos mező erejét és az elektromos mező nemegyenleteség együtthatóját. A táblázat 4 kiszámítja az elektromos mezőt különböző fázis távolságok és buszbár izolációs vastagságok mellett. Látható, hogy a fázis távolság megfelelő növelése 130 mm-ra, valamint a kerek buszbár 5 mm vastagságú epoxid vulkanizálásának alkalmazása esetén az elektromos mező ereje elérheti a 2298 kV/m értéket, ami még bizonyos margót ad a száraz levegő által kivitelezhető 3000 kV/m maximális elektromos mező erejéhez képest.

Táblázat 1 Elektromos mezői feltételek különböző fázis távolságok és buszbár izolációs vastagságok mellett

A száraz levegő alacsony izoláló ereje miatt a szilárd izoláció nem oldja meg a feszültségállás problémáját az elválasztó törésnél. A kettős-törésű kapcsolókétel két soros gázrést használ, hogy hatékonyan osztja a feszültséget. Az elektromos mezőre jellemző koncentrált területeken, mint például a kapcsoló és a földkapcsoló rögzített kapcsolói, terveztek elektromos mező elosztókat és fokozási gyűrűket, hogy csökkentsék az elektromos mező intenzitását, és hatékonyan minimalizálják a levegőtömlő méretét. Ahogy a 1. ábra mutatja, a kettős-törésű mechanizmus működési állapotokat ér el—működő, elszakított, és földre kötött—egy nyílón főtengely erősített forgása révén. A rögzített kapcsolon lévő fokozási gyűrűnek 60 mm-es átmérője van, és epoxid vulkanizálással kezelték; 100 mm-es tisztesség 150 kV villámló impulzusfeszültség ellen tud állni.

Egyéb megoldások, mint például a hosszú távon egyenként elhelyezett, magas erősségű ligazszerű behelyezése vagy a gáznyomás mérsékelt növelése is megfelelhetnek a 24 kV izolációs követelményeknek. Azonban a gyűrűalakú főkapcsolók (RMU-k) alacsony költségekre vannak tervezve, és túlságosan magas költségek nem elfogadhatók a felhasználók számára. Optimalizált tervezéssel és a RMU szekrény mérsékelt szélességének növelésével lehetséges alacsony költséggel és kompakt méretben 24 kV környezetbarát gázizolált RMU-k készítése.

Földkapcsoló elrendezése a környezetbarát gáz RMU-kban

Az RMU-kban két módszer létezik a fő áramkörben a földelés eléréséhez:

• Kimeneti vezeték oldali földkapcsoló (alsó földkapcsoló)

• Buszsor oldali földkapcsoló (felső földkapcsoló)

A buszsor oldali földkapcsolót E0 osztályúvá lehet választani, ami működés közben a fő kapcsolóval való koordinációt igényli. A 2022-ben kiadott Állami Hálózat 12 kV Gyűrű Alakú Főkapcsoló (Doboz) Szabványosított Tervezési Rendszere szerint, a három pozíciós kapcsolók esetében a rendszer előírja, hogy a három pozíciós kapcsolók buszsor oldali elrendezést használjanak, és újra definiálják őket "buszsor oldali kombinált funkciójú földkapcsolók"-nak.

Az áramellátási biztonsági előírások szerint semmilyen áramkörkapcsoló vagy záróelem nem lehet a földvezeték, a földkapcsoló és a karbantartás alatt álló berendezés között. Ha a berendezés korlátozásai miatt áramkörkapcsoló van a földkapcsoló és a karbantartás alatt álló berendezés között, akkor intézkedéseket kell tenni annak biztosítására, hogy az áramkörkapcsoló ne nyithasson meg, miután mind a földkapcsoló, mind az áramkörkapcsoló bezárva van.

Tehát a vezeték oldali földkapcsoló a circuit-breaker után helyezkedik el. Ez közvetlenül csatlakozik a földre kötött kimeneti kábelehez, így teljesíti a követelményt, hogy nincsenek áramkörkapcsolók vagy záróelemek a földkapcsoló, a földelési pont és a karbantartás alatt álló berendezés között. Szellemlegesen, a buszsor oldali földkapcsoló a circuit-breaker előtt helyezkedik el. Van egy vakuum circuit-breaker a földkapcsoló és a földre kötött kimeneti kábel között—nem csatlakozik közvetlenül. Mivel áramkörkapcsoló van a földkapcsoló és a karbantartás alatt álló berendezés között, intézkedéseket kell tennie, hogy megakadályozza a circuit-breaker nyitást, miután mind a földkapcsoló, mind a circuit-breaker bezárva van. Például a circuit-breaker trip-körét szakíthatják meg egy összekötő lemez segítségével, vagy mechanikus módszerekkel megakadályozhatják a véletlen trippelést, így elkerülve a földelési út véletlen megszakítását.

Az Állami Hálózat Szabványosított Tervezési Rendszere továbbá előírja a buszsor oldali kombinált funkciójú földkapcsoló interlock követelményeit. Amikor a buszsor oldali kombinált funkciójú földkapcsoló a circuit-breaker bezárásával a kábel oldali földelést valósítja meg, akkor mind mechanikus, mind elektronikus interlockot kell tartalmaznia, hogy megakadályozza a manuális vagy elektronikus circuit-breaker nyitását.

Az Állami Hálózat a buszsor oldali három pozíciós izoláló/földkapcsoló használatát elsősorban a rövidzárló bekapcsolási (bezárás) képesség figyelembevételével fogadta el. A SF6 izolált RMU-kban a földkapcsoló használata a SF6 izolációs erejének, amely a levegőének háromszorosa, és a hőmérséklet-csökkentő képességének, amely a levegőének százszorosa, köszönhetően megbízhatóan biztosítja a bezárási képességet.

Összehasonlítva, a környezetbarát gázok hiányoznak a hőmérséklet-csökkentő képességnek, és alacsonyabb izolációs teljesítményük van. Tehát nagyon magas bezárási sebesség szükséges. Azonban a RMU működési mechanizmusai korlátozott energiával rendelkeznek, és nem tudnak elegendő erőt nyújtani a magas sebességű bezáráshoz. A vezeték oldali földkapcsoló használata növelné a bezárási sebességet, és javítaná a kapcsolópontok hőmérséklet-csökkentő és elektrodinamikai elemzését, ami potenciálisan nagyobb működési erőket és magasabb költségeket eredményezne. A buszsor oldali földkapcsoló, a circuit-breaker interlock probléma megoldásával, még mindig megbízhatóan biztosítja a földelést, miközben erősebb bekapcsolási képességet kínál.

A SF6 és a környezetbarát gázok technikai és termékanalízise alapján látható, hogy a 12 kV környezetbarát gázizolált RMU-k csak enyhe méret-növekedéssel teljesítik az izolációs és hőmérséklet-emelési követelményeket, ami arra utal, hogy a technológiai megoldások már fejlett állapotban vannak.

Azonban kevés 24 kV környezetbarát gázizolált termék található. A kulcsfontosságú kihívás a magasabb feszültségi osztály, ami jelentősen növeli a méreteket. A túlzott méret és a magas ár korlátozza a 24 kV környezetbarát gázizolált RMU-k fejlődését. Egyensúlyt kell találni az izoláló gáz típusa, a töltési nyomás, a behelyezési térfogat, és a segédizoláció költsége között, hogy alacsony költségű, kompakt RMU-kat tervezhessenek. Csak ekkor lehet igazi SF6-helyettesítést elérni, ami nem csak a hazai piaci dominanciát, de a globális exportot is lehetővé teszi, és elősegíti Kína alacsony-szén-dioxid-kibocsátású, környezetbarát elektromos berendezések világszerte történő előmozdítását.