Заземление на стороне шины для 24кВ экологически чистых КРУ: зачем и как

Сочетание твердой изоляции с воздушной изоляцией является направлением развития для ячеек кольцевых распределительных устройств на 24 кВ. Балансируя между изоляционными характеристиками и компактностью, использование вспомогательной твердой изоляции позволяет проходить испытания на изоляцию без значительного увеличения размеров между фазами или между фазой и землей. Заключение полюса в оболочку решает проблему изоляции вакуумного прерывателя и его соединенных проводников.

Для исходящего шинопровода на 24 кВ, при межфазном расстоянии 110 мм, вулканизация поверхности шинопровода может снизить напряженность электрического поля и коэффициент неравномерности электрического поля. В таблице 4 рассчитывается напряженность электрического поля при различных межфазных расстояниях и толщинах изоляции шинопровода. Можно увидеть, что при увеличении межфазного расстояния до 130 мм и применении 5-миллиметрового эпоксидного вулканизационного покрытия к круглому шинопроводу, напряженность электрического поля достигает 2298 кВ/м, что все еще имеет некоторый запас по сравнению с максимальной напряженностью электрического поля 3000 кВ/м, которую может выдержать сухой воздух.

Таблица 1 Условия электрического поля при различных межфазных расстояниях и толщинах изоляции шинопровода

Из-за низкой диэлектрической прочности сухого воздуха, твердая изоляция не может решить проблему выдерживания напряжения на разрыве изоляции. Двухполюсный разъединитель использует две газовые камеры последовательно, чтобы эффективно разделить напряжение. Экранирование электрического поля и градуировочные кольца спроектированы в местах концентрации электрического поля, таких как неподвижные контакты разъединителя и заземляющего выключателя, чтобы снизить напряженность электрического поля и эффективно минимизировать размер воздушного зазора. Как показано на рисунке 1, двухполюсный механизм достигает рабочих состояний — работа, изоляция и заземление — через усиленное вращение основного нейлонового вала. Градуировочное кольцо на неподвижном контакте имеет диаметр 60 мм и обрабатывается эпоксидной вулканизацией; зазор 100 мм способен выдерживать ударное напряжение молнии 150 кВ.

Другие решения, такие как продольное однофазное расположение с использованием корпусов из высокопрочных сплавов для каждой фазы или умеренное повышение давления газа, также могут удовлетворить требования к диэлектрической прочности на 24 кВ. Однако кольцевые распределительные устройства (РМУ) требуют низкой стоимости, и чрезмерно высокие затраты неприемлемы для пользователей. Через оптимизированный дизайн и умеренное расширение корпуса РМУ можно достичь низкой стоимости и компактности экологически чистых газоизолированных РМУ на 24 кВ.

Расположение заземляющего выключателя в экологически чистых газовых РМУ

В РМУ есть два метода достижения функции заземления в главной цепи:

• Заземляющий выключатель на стороне исходящих линий (нижний заземляющий выключатель)

• Заземляющий выключатель на стороне шин (верхний заземляющий выключатель)

Заземляющий выключатель на стороне шин может быть выбран класса E0, что требует согласования с главным выключателем при работе. Согласно стандартизированной схеме дизайна для РМУ на 12 кВ, выпущенной Государственной сетью в 2022 году, относительно трехпозиционных выключателей, схема указывает, что трехпозиционные выключатели должны использовать расположение на стороне шин и переопределяются как "комбинированные функциональные заземляющие выключатели на стороне шин."

Правила безопасности электроэнергии предписывают, чтобы между заземляющими проводами, заземляющими выключателями и оборудованием, подлежащим обслуживанию, не было подключено никаких выключателей или предохранителей. Если из-за ограничений оборудования существует выключатель между заземляющим выключателем и оборудованием, подлежащим обслуживанию, необходимо принять меры, чтобы обеспечить, что выключатель не может открыться после закрытия обоих заземляющего выключателя и выключателя.

Поэтому заземляющий выключатель на стороне исходящих линий расположен ниже выключателя. Он напрямую подключается к исходящему кабелю, который заземляется, удовлетворяя требованию, чтобы между точкой заземления, заземляющим выключателем и оборудованием, подлежащим обслуживанию, не было ни выключателя, ни предохранителя. В отличие от этого, заземляющий выключатель на стороне шин расположен выше выключателя. Между заземляющим выключателем и исходящим кабелем, который заземляется, находится вакуумный выключатель — он не подключается напрямую. Поскольку между заземляющим выключателем и оборудованием, подлежащим обслуживанию, находится выключатель, необходимо внедрить меры, чтобы предотвратить открытие выключателя после закрытия обоих заземляющего выключателя 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 Государственной сети также определяет требования к взаимоблокировке для комбинированного функционального заземляющего выключателя на стороне шин. Когда комбинированный функциональный заземляющий выключатель на стороне шин использует закрытие выключателя для достижения заземления стороны кабеля, он должен включать как механические, так и электрические блокировки, чтобы предотвратить ручное или электрическое открытие выключателя.

Государственная сеть использует трехпозиционный разъединитель/заземляющий выключатель на стороне шин, в основном, учитывая возможность короткого замыкания (закрытия). В SF6-изолированных РМУ заземляющий выключатель получает выгоду от того, что диэлектрическая прочность SF6 примерно в три раза выше, чем у воздуха, и его способность к гашению дуги примерно в 100 раз выше, чем у воздуха, благодаря лучшему охлаждению дуги. Таким образом, надежно обеспечивается закрытие заземляющего выключателя.

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 управления РМУ имеют ограниченную энергию и не могут обеспечить достаточную силу для высокоскоростного закрытия. Использование заземляющего выключателя на стороне исходящих линий потребовало бы увеличения скорости закрытия, улучшения стойкости к дуге и электродинамического анализа контактов, что могло бы привести к большим усилиям при управлении и более высоким затратам. Заземляющий выключатель на стороне шин, решая проблему взаимоблокировки с выключателем, 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 12-киловольтные экологически чистые газоизолированные РМУ могут удовлетворять требованиям к изоляции и нагреву с минимальным увеличением размеров, что указывает на зрелость технических решений.

Однако доступно мало 24-киловольтных экологически чистых газоизолированных продуктов. Основная проблема заключается в более высоком классе напряжения, что приводит к значительному увеличению размеров. Чрезмерный размер и высокая цена будут ограничивать развитие 24-киловольтных экологически чистых газоизолированных РМУ. Необходим сбалансированный подход, учитывающий тип изолирующего газа, давление заполнения, объем корпуса и стоимость вспомогательной изоляции, для проектирования низкозатратных и компактных РМУ. Только тогда можно будет достичь истинной замены SF6, что позволит не только доминировать на внутреннем рынке, но и экспортировать во всемирном масштабе, продвигая низкоуглеродные и экологически чистые электротехнические устройства Китая по всему миру.