Zašto i kako: Zemljanje na strani busbare za 24kV ekološki prijateljske RMU

Kombinacija čvrste izolacije sa suhom zračnom izolacijom predstavlja smer razvoja za 24 kV prstenaste glavne jedinice. Balansirajući performanse izolacije i kompaktnost, upotreba čvrste pomoćne izolacije omogućava prolaženje testova izolacije bez značajnog povećanja dimenzija između faza ili između faze i zemlje. Inkapsulacija pola može rešiti problem izolacije vakuumskog prekidača i njegovih povezanih vodilaca.

Za 24 kV izlaznu šinu, sa održavanjem rastojanja između faza na 110 mm, vulkanizacija površine šine može smanjiti jačinu električnog polja i koeficijent neuniformnosti električnog polja. Tabela 4 računa električno polje pod različitim rastojanjima između faza i debljinama izolacije šine. Može se videti da, umetanjem odgovarajuće povećane razmak između faza na 130 mm i primenom 5 mm epoksidne vulkanizacije na okruglu šinu, jačina električnog polja dostiže 2298 kV/m, što još uvek ima određenu margu u poređenju sa maksimalnom jačinom električnog polja od 3000 kV/m koju suha zrak može podneti.

Tabela 1 Uslovi električnog polja pod različitim rastojanjima između faza i debljinama izolacije šine

Zbog niske dielektrične čvrstoće suhe zraka, čvrsta izolacija ne može rešiti problem otpornosti na napon na mjestu izolacionog prekida. Dvostruki prekidač koristi dva serijska plinovita razmaka kako bi efektivno podelio napon. Električna polja su ekranirana i postavljena na lokacijama koncentriranog električnog polja, kao što su stacionarna kontakta izolatora i zemljača, kako bi smanjila intenzitet električnog polja i efektivno smanjila veličinu vazdušnog razmaka. Kao što je prikazano na Slici 1, mehanizam dvostrukog prekida postiže operativne stanje - rad, izolacija i zemljanje - putem poboljšane rotacije nilonske glavne osi. Gradijacni prsten na stacionarnom kontaktu ima prečnik od 60 mm i tretiran je epoksidnom vulkanizacijom; razmak od 100 mm može podneti 150 kV munjični impulsnim napon.

Druga rešenja, kao što je longitudinalna jednofazna rasporeda koristeći jaku leguru za svaku fazu ili umjereno povećanje tlaka plina, takođe mogu zadovoljiti 24 kV dielektrične zahtjeve. Međutim, prstenaste glavne jedinice (RMU) zahtevaju nisku cijenu, a previsoke cijene su neprihvatljive za korisnike. Putem optimiziranog dizajna i umjerene širenja kabinetom RMU, moguće je postići niskocjenovne i kompaktno 24 kV ekološki prijateljske gas-insulirane RMU-e.

Raspored zemljača u ekološki prijateljskim gas-insuliranim RMU-ima

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

• Izlazni strani zemljač (donji zemljač)

• Šinna strani zemljač (gornji zemljač)

Šinna strani zemljač može biti izabran kao klasa E0, što zahteva koordinaciju sa glavnim prekidačem tokom rada. Prema Standardizovanom projektu za 12 kV prstenaste glavne jedinice (kutije) objavljenom od strane Državnog mreže 2022. godine, u vezi sa tri pozicione prekidači, shema specifiše da treba da se koristi šinna strani raspored i ponovo definise ih kao "šinna strani kombinovani funkcionalni zemljači."

Propisi o elektro sigurnosti stipuliraju da ne sme biti nikakvog prekidača ili prekidača između zemljača, zemljača i opreme pod održavanjem. Ako, zbog ograničenja opreme, postoji prekidač između zemljača i opreme pod održavanjem, moraju se poduzeti mjere kako bi se osiguralo da prekidač ne može otvoriti nakon što su zatvoreni i zemljač i prekidač.

Stoga, izlazni strani zemljač nalazi se ispod prekidača. On direktno povezuje izlazni kabel koji se zemlja, zadovoljavajući zahtjev da ne postoji nikakav prekidač ili prekidnik između tačke zemljanja, zemljača i opreme pod održavanjem. U suprotnom, šinna strani zemljač nalazi se iznad prekidača. Postoji vakuumski prekidač između zemljača i izlaznog kabela koji se zemlja - on ne povezuje direktno. Budući da postoji prekidač između zemljača i opreme pod održavanjem, moraju se implementirati mjere kako bi se sprečilo otvaranje prekidača nakon što su zatvoreni i zemljač i prekidač. Na primjer, put prekidača može se isključiti putem vezne ploče, ili se mogu koristiti mehanički sredstva kako bi se spriječilo slučajno otvaranje, time se izbjegava neplanirano prekid zemljača.

Standardizovani projekt Državnog mreže takođe specifiše zahtjeve za interlokiranje za šinna strani kombinovani funkcionalni zemljač. Kada kombinovani funkcionalni zemljač na šinskoj strani koristi zatvaranje prekidača kako bi se postiglo zemljanje na strani kabela, mora uključivati i mehanička i električka interlokiranja kako bi se spriječilo ručno ili električno otvaranje prekidača.

Državna mreža koristi trostrani izolacijski/zemljačni prekidač na šinskoj strani uglavnom zbog sposobnosti kratkoslanog zatvaranja. U SF6-insuliranim RMU-ima, zemljač koristi se od SF6-ove dielektrične čvrstoće koja je oko tri puta veća od zraka i njegove sposobnosti ugasišta koje je približno 100 puta veće od zraka zbog boljeg hlađenja lukova. Time je pouzdano osigurana sposobnost zatvaranja zemljača.

U suprotnom, ekološki prijateljski plinovi nemaju sposobnost ugasišta i imaju niže izolacijske performanse. Stoga, potrebna je vrlo visoka brzina zatvaranja. Međutim, mehanizmi za rad RMU-ima imaju ograničenu energiju i ne mogu pružiti dovoljnu snagu za brzo zatvaranje. Koristeći izlazni strani zemljač, potrebno bi bilo povećati brzinu zatvaranja i poboljšati otpornost na lukove i elektrodinamičku analizu kontakata, što bi moglo dovesti do veće sile rada i više troškova. Šinna strani zemljač, rešavajući problem interlokiranja prekidača, može i dalje osigurati pouzdano zemljanje uz jaču sposobnost zatvaranja.

Putem tehničke i proizvodne analize SF6-a u usporedbi sa ekološki prijateljskim plinovima, može se vidjeti da 12 kV ekološki prijateljski gas-insulirani RMU-ovi mogu zadovoljiti zahtjeve za izolaciju i porast temperature samo s malim povećanjem dimenzija, što ukazuje na zrele tehničke rešenja.

Međutim, postoji malo 24 kV ekološki prijateljskih gas-insuliranih proizvoda. Ključni izazov leži u većem naponskom stepenu, što dovodi do značajno povećanih dimenzija. Prevelika veličina i visoka cijena će ograničiti razvoj 24 kV ekološki prijateljskih gas-insuliranih RMU-ova. Potrebno je ravnotežno pristupište koje uzima u obzir tip izolacionog plina, tlak punjenja, zapreminu kućišta i troškove pomoćne izolacije kako bi se dizajnirali niskocjenovni, kompaktni RMU-ovi. Samo tada može doći do stvarne zamjene SF6-a, omogućujući ne samo dominantnost na domaćem tržištu, već i globalni izvoz, promovirajući niskougljičnu, ekološki prijateljsku električnu opremu širom svijeta.