Zasilenie uziemienia strony szyny rozdzielczej dla ekologicznych RMU 24kV: Dlaczego i jak

Połączenie izolacji stałe z izolacją powietrza suchego to kierunek rozwoju dla jednostek pierścieniowych 24 kV. Poprzez bilansowanie wydajności izolacyjnej i kompaktowości, użycie dodatkowej izolacji stałe pozwala na przejście testów izolacyjnych bez znacznego zwiększenia wymiarów międzyfazowych lub między fazą a ziemią. Zakrycie biegunu może rozwiązać problem izolacji przerywacza próżniowego i jego połączonych przewodników.

Dla wychodzącej szyny 24 kV, przy zachowaniu odstępów fazowych na poziomie 110 mm, wulkanizacja powierzchni szyny może zmniejszyć natężenie pola elektrycznego i współczynnik nierównomierności pola elektrycznego. Tabela 4 oblicza pole elektryczne pod różnymi odstępami fazowymi i grubościach izolacji szyny. Można zauważyć, że poprzez odpowiednie zwiększenie odstępów fazowych do 130 mm i zastosowanie 5 mm wulkanizacji epoksydowej do okrągłej szyny, natężenie pola elektrycznego osiąga 2298 kV/m, co nadal ma pewną rezerwę w porównaniu z maksymalnym natężeniem pola elektrycznego 3000 kV/m, które suche powietrze jest w stanie wytrzymać.

Tabela 1 Warunki pola elektrycznego pod różnymi odstępami fazowymi i grubościach izolacji szyny

Z powodu niskiej wytrzymałości dielektrycznej suchego powietrza, izolacja stała nie rozwiązuje problemu wytrzymałości na napięcie w miejscu przerwy izolacyjnej. Wyłącznik dwuprzestankowy używa dwóch szeregowych luków gazowych, aby skutecznie podzielić napięcie. Ekrany pola elektrycznego i pierścienie rozdzielające są zaprojektowane w miejscach o skoncentrowanym polu elektrycznym, takich jak nieruchome kontakty wyłącznika i przycisku do ziemienia, aby zmniejszyć natężenie pola elektrycznego i efektywnie zminimalizować rozmiar luku powietrznego. Jak pokazano na Rysunku 1, mechanizm dwuprzestankowy osiąga stany operacyjne — pracy, izolacji i ziemienia — poprzez wzmocniony obrót głównego wału nylonowego. Pierścień rozdzielający na nieruchomym kontakcie ma średnicę 60 mm i jest traktowany wulkanizacją epoksydową; odstęp 100 mm może wytrzymać impulsowe napięcie błyskawiczne 150 kV.

Inne rozwiązania, takie jak pionowe ustawienie jednofazowe z użyciem obudów z wysokowytrzymałego stopu dla każdej fazy lub umiarkowane zwiększenie ciśnienia gazu, mogą również spełniać wymagania dielektryczne 24 kV. Jednak jednostki pierścieniowe (RMUs) wymagają niskich kosztów, a zbyt wysokie koszty są nieakceptowalne dla użytkowników. Poprzez zoptymalizowane projektowanie i umiarkowane poszerzenie obudowy RMU, można osiągnąć tanie i kompaktowe, ekologiczne, gazowo-izolowane RMU 24 kV.

Układ przycisku do ziemienia w ekologicznych gazowych RMU

Istnieją dwa metody w RMU, aby osiągnąć funkcję ziemienia w głównej obwodzie:

• Przycisk do ziemienia po stronie linii wychodzącej (przycisk do ziemienia dolny)

• Przycisk do ziemienia po stronie szyny (przycisk do ziemienia górny)

Przycisk do ziemienia po stronie szyny może być klasy E0, co wymaga koordynacji z głównym przełącznikiem podczas działania. Zgodnie ze Standardyzowanym schematem projektowania jednostek pierścieniowych 12 kV (skrzynek) wydanym przez Sieć Państwową w 2022 roku, dotyczącego trójpozycyjnych przełączników, schemat określa, że trójpozycyjne przełączniki powinny stosować układ po stronie szyny i ponownie definiuje je jako „połączone funkcjonalne przyciski do ziemienia po stronie szyny”.

Regulacje bezpieczeństwa energetycznego stanowią, że nie należy podłączać żadnego przełącznika obwodowego ani zabezpieczenia między przewodami do ziemienia, przyciskami do ziemienia a sprzętem podlegającym konserwacji. Jeśli z powodu ograniczeń sprzętu istnieje przełącznik obwodowy między przyciskiem do ziemienia a sprzętem podlegającym konserwacji, należy podjąć środki zapobiegające otwarciu przełącznika po zamknięciu zarówno przycisku do ziemienia, jak i przełącznika obwodowego.

Dlatego przycisk do ziemienia po stronie linii znajduje się poniżej przełącznika obwodowego. Łączy się bezpośrednio z kablem wychodzącym, który jest ziemiony, spełniając wymóg, aby nie było przełącznika obwodowego ani zabezpieczenia między punktem ziemienia, przyciskiem do ziemienia a sprzętem podlegającym konserwacji. W przeciwieństwie do tego, przycisk do ziemienia po stronie szyny znajduje się powyżej przełącznika obwodowego. Jest tam przerywacz próżniowy między przyciskiem do ziemienia a kablem wychodzącym, który jest ziemiony — nie łączy się bezpośrednio. Ponieważ istnieje przełącznik obwodowy między przyciskiem do ziemienia a sprzętem podlegającym konserwacji, należy zastosować środki zapobiegające otwarciu przełącznika po zamknięciu zarówno przycisku do ziemienia, jak i przełącznika obwodowego. Na przykład, obwód wyłącznika może być odłączony za pomocą płytki łącznikowej, lub można użyć środków mechanicznych, aby zapobiec przypadkowemu wyłączaniu, unikając niezamierzonego rozłączenia ścieżki ziemienia.

Standardyzowany schemat projektowania Sieci Państwowej również określa wymagania blokady dla połączonego funkcjonalnego przycisku do ziemienia po stronie szyny. Gdy połączony funkcjonalny przycisk do ziemienia po stronie szyny używa zamknięcia przełącznika obwodowego, aby osiągnąć ziemienie po stronie kabla, musi zawierać zarówno blokadę mechaniczną, jak i elektryczną, aby zapobiec ręcznemu lub elektrycznemu otwarciu przełącznika obwodowego.

Sieć Państwowa stosuje trójpozycyjny przełącznik izolacyjny/ziemiający po stronie szyny głównie z uwagi na zdolność do zamykania krótkiego obwodu. W gazowo-izolowanych RMU z SF6, przycisk do ziemienia korzysta z wytrzymałości dielektrycznej SF6, która jest około trzy razy większa niż powietrze, oraz zdolności gaszenia łuku, która jest około 100 razy większa niż powietrze dzięki lepszej chłodzeniu łuku. Dzięki temu zdolność do zamykania przycisku do ziemienia jest niezawodnie zapewniona.

W przeciwieństwie do tego, ekologiczne gazy mają słabsze zdolności gaszenia łuku i niższą wydajność izolacyjną. Dlatego wymagana jest bardzo wysoka prędkość zamykania. Jednak mechanizmy działające w RMU mają ograniczoną energię i nie mogą dostarczyć wystarczającej siły do szybkiego zamykania. Użycie przycisku do ziemienia po stronie linii wymagałoby zwiększenia prędkości zamykania i poprawy odporności na łuk oraz analizy elektrodynamiki kontaktów, co mogłoby prowadzić do większych sił działania i wyższych kosztów. Przycisk do ziemienia po stronie szyny, rozwiązując problem blokady przełącznika, nadal może zapewnić niezawodne ziemienie, oferując jednocześnie silniejszą zdolność do zamykania.

Poprzez techniczne i produktowe analizy SF6 w porównaniu z ekologicznymi gazami, można zauważyć, że 12-kilowoltowe gazowo-izolowane RMU z ekologicznymi gazami mogą spełniać wymagania izolacyjne i wzrostu temperatury tylko z niewielkim zwiększeniem rozmiarów, co wskazuje na dojrzałe rozwiązania techniczne.

Jednak dostępnych jest niewiele 24-kilowoltowych gazowo-izolowanych produktów z ekologicznymi gazami. Kluczowym wyzwaniem jest wyższa klasa napięcia, co prowadzi do znacznego zwiększenia wymiarów. Nadmierne rozmiary i wysokie ceny będą ograniczać rozwój 24-kilowoltowych gazowo-izolowanych RMU z ekologicznymi gazami. Potrzebne jest zbilansowane podejście uwzględniające typ gazu izolacyjnego, ciśnienie wypełnienia, objętość obudowy i koszty dodatkowej izolacji, aby zaprojektować tanie i kompaktowe RMU. Dopiero wtedy można osiągnąć prawdziwą zastępczość SF6, umożliwiającą nie tylko dominację na rynku krajowym, ale także eksport globalny, promując chińskie nisko-węglowe, ekologiczne urządzenia elektryczne na całym świecie.