การต่อกราวด์ที่บัสบาร์สำหรับ RMU ที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม 24kV: ทำไมและวิธีการทำ

การใช้ฉนวนแข็งร่วมกับฉนวนอากาศแห้งเป็นทิศทางในการพัฒนาสำหรับหน่วยวงแหวนหลัก 24 kV ด้วยการปรับสมดุลระหว่างประสิทธิภาพของฉนวนและขนาดกะทัดรัด การใช้ฉนวนเสริมแบบแข็งช่วยให้สามารถผ่านการทดสอบฉนวนโดยไม่ต้องเพิ่มขนาดระหว่างเฟสหรือระหว่างเฟสกับพื้นมากเกินไป การห่อหุ้มเสาสามารถแก้ไขปัญหาฉนวนของตัวตัดวงจรในสุญญากาศและสายนำที่เชื่อมต่อ

สำหรับบัสขาออก 24 kV โดยรักษาระยะห่างระหว่างเฟสที่ 110 มม. การทำให้บัสผิวหน้าแข็งสามารถลดความแรงของสนามไฟฟ้าและความไม่สม่ำเสมอของสนามไฟฟ้าได้ ตาราง 4 คำนวณสนามไฟฟ้าภายใต้ระยะห่างระหว่างเฟสและความหนาของฉนวนบัสที่แตกต่างกัน สามารถเห็นได้ว่าด้วยการเพิ่มระยะห่างระหว่างเฟสให้เป็น 130 มม. และทำการเคลือบบัสกลมด้วยอีพ็อกซี่ 5 มม. ความแรงของสนามไฟฟ้าจะถึง 2298 kV/m ซึ่งยังมีช่องว่างเมื่อเทียบกับความแรงสูงสุดของสนามไฟฟ้า 3000 kV/m ที่อากาศแห้งสามารถทนทานได้

ตาราง 1 สภาวะสนามไฟฟ้าภายใต้ระยะห่างระหว่างเฟสและความหนาของฉนวนบัสที่แตกต่างกัน

เนื่องจากความแข็งแรงของฉนวนของอากาศแห้งต่ำ ฉนวนแข็งจึงไม่สามารถแก้ปัญหาการทนแรงดันที่จุดแยกฉนวนได้ ตัวตัดวงจรสองจุดใช้ช่องว่างก๊าซสองช่องเรียงซ้อนกันเพื่อแบ่งแรงดันอย่างมีประสิทธิภาพ ออกแบบชิลด์สนามไฟฟ้าและวงแหวนเกรดที่ตำแหน่งที่สนามไฟฟ้ารวมกัน เช่น ที่ติดต่อคงที่ของตัวแยกและสวิตช์กราวน์ เพื่อลดความแรงของสนามไฟฟ้าและลดขนาดช่องว่างอากาศลงอย่างมีประสิทธิภาพ ตามที่แสดงในรูปที่ 1 กลไกสองจุดทำให้สามารถทำงานได้หลายสถานะ—ทำงาน แยก และกราวน์—ผ่านการหมุนเพลาไนลอนหลักที่เสริม วงแหวนเกรดที่ติดต่อคงที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 60 มม. และได้รับการเคลือบด้วยอีพ็อกซี่ ช่องว่าง 100 มม. สามารถทนแรงดันกระแทกจากฟ้าผ่า 150 kV ได้

วิธีการอื่น ๆ เช่น การจัดเรียงเฟสเดียวตามแนวตั้งโดยใช้เคสโลหะผสมความแข็งแรงสูงสำหรับแต่ละเฟส หรือการเพิ่มความดันก๊าซอย่างเหมาะสม ก็สามารถตอบสนองข้อกำหนดด้านฉนวน 24 kV ได้เช่นกัน แต่หน่วยวงแหวนหลัก (RMUs) ต้องการค่าใช้จ่ายต่ำ และค่าใช้จ่ายที่สูงเกินไปไม่เป็นที่ยอมรับของผู้ใช้ ผ่านการออกแบบที่เหมาะสมและการขยายเคส RMU อย่างพอควร สามารถสร้าง RMUs ที่ใช้ก๊าซฉนวนที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม 24 kV ที่มีค่าใช้จ่ายต่ำและขนาดเล็กได้

การจัดเรียงสวิตช์กราวน์ใน RMUs ที่ใช้ก๊าซเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม

มีวิธีการสองวิธีในการทำให้มีฟังก์ชันกราวน์ในวงจรหลักของ RMUs:

• สวิตช์กราวน์ด้านขาออก (สวิตช์กราวน์ด้านล่าง)

• สวิตช์กราวน์ด้านบัส (สวิตช์กราวน์ด้านบน)

สวิตช์กราวน์ด้านบัสสามารถเลือกเป็นคลาส E0 ซึ่งต้องการการทำงานร่วมกับสวิตช์หลัก ตามแผนการออกแบบมาตรฐานสำหรับ RMUs 12 kV (กล่อง) ที่ออกโดย State Grid ในปี 2022 เกี่ยวกับสวิตช์สามตำแหน่ง แผนระบุว่าสวิตช์สามตำแหน่งควรใช้การจัดเรียงด้านบัสและกำหนดใหม่เป็น "สวิตช์กราวน์รวมฟังก์ชันด้านบัส"

กฎระเบียบความปลอดภัยทางไฟฟ้าระบุว่าไม่ควรเชื่อมต่อเซอร์กิตเบรกเกอร์หรือฟิวส์ระหว่างสายกราวน์ สวิตช์กราวน์ และอุปกรณ์ที่กำลังบำรุงรักษา หากเนื่องจากข้อจำกัดของอุปกรณ์มีเซอร์กิตเบรกเกอร์อยู่ระหว่างสวิตช์กราวน์และอุปกรณ์ที่กำลังบำรุงรักษา จะต้องดำเนินการเพื่อให้แน่ใจว่าเซอร์กิตเบรกเกอร์ไม่สามารถเปิดได้หลังจากที่สวิตช์กราวน์และเซอร์กิตเบรกเกอร์ได้ปิดแล้ว

ดังนั้น สวิตช์กราวน์ด้านขาออกจึงตั้งอยู่ด้านล่างของเซอร์กิตเบรกเกอร์ เชื่อมต่อโดยตรงกับสายเคเบิลขาออกที่ต้องการกราวน์ ทำให้ตอบสนองข้อกำหนดว่าไม่มีเซอร์กิตเบรกเกอร์หรือฟิวส์ระหว่างจุดกราวน์ สวิตช์กราวน์ และอุปกรณ์ที่กำลังบำรุงรักษา ในทางตรงกันข้าม สวิตช์กราวน์ด้านบัสตั้งอยู่ด้านบนของเซอร์กิตเบรกเกอร์ มีเซอร์กิตเบรกเกอร์สุญญากาศระหว่างสวิตช์กราวน์และสายเคเบิลขาออกที่ต้องการกราวน์—ไม่เชื่อมต่อโดยตรง เนื่องจากมีเซอร์กิตเบรกเกอร์ระหว่างสวิตช์กราวน์และอุปกรณ์ที่กำลังบำรุงรักษา ต้องมีมาตรการเพื่อป้องกันไม่ให้เซอร์กิตเบรกเกอร์เปิดหลังจากที่สวิตช์กราวน์และเซอร์กิตเบรกเกอร์ได้ปิดแล้ว เช่น การตัดวงจรทริปของเซอร์กิตเบรกเกอร์ผ่านแผ่นลิงค์ หรือใช้วิธีการเชิงกลเพื่อป้องกันการทริปโดยไม่ตั้งใจ ทำให้หลีกเลี่ยงการตัดการเชื่อมต่อของเส้นทางกราวน์โดยไม่ตั้งใจ

แผนการออกแบบมาตรฐานของ State Grid ยังระบุข้อกำหนดการล็อคเชิงกลและไฟฟ้าสำหรับสวิตช์กราวน์รวมฟังก์ชันด้านบัส เมื่อสวิตช์กราวน์รวมฟังก์ชันด้านบัสใช้การปิดเซอร์กิตเบรกเกอร์เพื่อทำให้กราวน์ด้านสายเคเบิล ต้องมีการล็อคเชิงกลและไฟฟ้าเพื่อป้องกันการเปิดเซอร์กิตเบรกเกอร์ด้วยมือหรือไฟฟ้า

State Grid ใช้สวิตช์แยก/กราวน์สามตำแหน่งด้านบัสโดยพิจารณาความสามารถในการทำวงจรป้อนกลับ (ปิด) สำหรับ RMUs ที่ใช้ SF6 สวิตช์กราวน์ได้รับประโยชน์จากความแข็งแรงของฉนวนของ SF6 ประมาณสามเท่าของอากาศและความสามารถในการดับอาร์คประมาณ 100 เท่าของอากาศเนื่องจากความเย็นของอาร์คที่เหนือกว่า ดังนั้น ความสามารถในการปิดของสวิตช์กราวน์จึงได้รับการรับรองอย่างเชื่อถือได้

ในทางตรงกันข้าม ก๊าซที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมขาดความสามารถในการดับอาร์คและมีประสิทธิภาพฉนวนต่ำ ดังนั้น ต้องการความเร็วในการปิดที่สูงมาก แต่กลไกการทำงานของ RMUs มีพลังงานจำกัดและไม่สามารถให้แรงเพียงพอสำหรับการปิดด้วยความเร็วสูง การใช้สวิตช์กราวน์ด้านขาออกจะต้องเพิ่มความเร็วในการปิดและปรับปรุงความต้านทานต่ออาร์คและการวิเคราะห์ทางไฟฟ้าแม่เหล็กของติดต่อ อาจนำไปสู่แรงการทำงานที่ใหญ่ขึ้นและค่าใช้จ่ายที่สูงขึ้น สวิตช์กราวน์ด้านบัส ด้วยการแก้ปัญหาการล็อคเซอร์กิตเบรกเกอร์ ยังคงสามารถรับประกันการกราวน์ที่เชื่อถือได้พร้อมกับความสามารถในการทำที่แข็งแกร่งกว่า

จากการวิเคราะห์ทางเทคนิคและผลิตภัณฑ์ของ SF6 กับก๊าซที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม สามารถเห็นได้ว่า RMUs ที่ใช้ก๊าซฉนวนเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม 12 kV สามารถตอบสนองข้อกำหนดด้านฉนวนและการเพิ่มอุณหภูมิด้วยการเพิ่มขนาดเพียงเล็กน้อย แสดงถึงแนวทางเทคนิคที่สุกงอม

อย่างไรก็ตาม มีผลิตภัณฑ์ RMUs ที่ใช้ก๊าซฉนวนเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม 24 kV น้อยมาก ปัญหาสำคัญอยู่ที่การเรตติ้งแรงดันที่สูงขึ้น ทำให้ขนาดเพิ่มขึ้นอย่างมาก ขนาดที่ใหญ่เกินไปและราคาสูงจะจำกัดการพัฒนา RMUs ที่ใช้ก๊าซฉนวนเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม 24 kV จำเป็นต้องมีแนวทางที่สมดุลในการพิจารณาประเภทของก๊าซฉนวน ความดันการบรรจุ ปริมาณเคส และค่าใช้จ่ายของฉนวนเสริม เพื่อออกแบบ RMUs ที่มีค่าใช้จ่ายต่ำและขนาดเล็ก ดังนั้นจึงสามารถทดแทน SF6 ได้จริง—ไม่เพียงแค่ครองตลาดภายในประเทศ แต่ยังส่งออกทั่วโลก ช่วยส่งเสริมอุปกรณ์ไฟฟ้าที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและมีคาร์บอนต่ำของจีนทั่วโลก