24kV Çevre Dostu RMU'lar için Busbar Taraftan Yerleme: Neden ve Nasıl

Katı yalıtım desteği ile kuru hava yalıtımı birlikte 24 kV halka anahtarlama üniteleri için bir geliştirme yönüdür. Yalıtım performansı ve kompaklık arasındaki dengeyi sağlayarak, katı yardımcı yalıtımın kullanılması, faz arası veya faz-zemine boyutlarını önemli ölçüde artırma olmaksızın yalıtım testlerini geçmemizi sağlar. Kütükün kapsülleştirmesi vakum kesicinin ve ona bağlı iletkenlerin yalıtımını ele alabilir.

24 kV çıkış ana hatları için, faz arası mesafesi 110 mm olarak korunurken, ana hat yüzeyinin vulkanizasyonu elektrik alan gücünü ve elektrik alan homojen olmayan katsayısını azaltabilir. Tablo 4, farklı faz arası mesafeleri ve ana hat yalıtım kalınlıkları altında elektrik alanını hesaplamaktadır. Görüldüğü gibi, faz arası mesafeyi 130 mm'ye uygun şekilde artırarak ve dairesel ana hatlara 5 mm epoksi vulkanizasyon uygulayarak, elektrik alan gücü 2298 kV/m'ye ulaşmaktadır. Bu değer, kuru hava tarafından dayanılabilen maksimum elektrik alan gücü olan 3000 kV/m'ye kıyasla belirli bir marjına sahiptir.

Tablo 1 Farklı faz arası mesafeler ve ana hat yalıtım kalınlıklarındaki elektrik alan koşulları

Kuru havanın düşük dielektrik dayanımı nedeniyle, katı yalıtım yalıtım kopuşundaki gerilim dayanım sorununu çözememektedir. İki nokta ayırıcı iki gaz boşluğunun serisinde kullanımı, gerilimin etkili bir şekilde bölünmesini sağlar. Elektrik alan ekranlama ve gradyan halkaları, izolatörün ve toprak kapakçığının sabit kontakları gibi yoğun elektrik alanlarına sahip yerlerde tasarlanmıştır, bu da elektrik alan yoğunluğunu azaltır ve havada oluşan boşluğu etkili bir şekilde küçültür. Şekil 1'de gösterildiği gibi, çift nokta mekanizması, naylon ana şaftın güçlendirilmiş dönme hareketi ile çalışma, izole edilmiş ve topraklanmış durumları elde eder. Sabit kontakttaki gradyan halkanın çapı 60 mm'dir ve epoksi vulkanizasyon işlemi uygulanmıştır; 100 mm açıklık 150 kV yıldırım darbe voltajını dayanabilir.

Her faz için yüksek mukavemetli alaşım kapakların kullanıldığı uzunlamasına tek faz düzeni veya gaz basıncını ılımlı olarak artırma gibi diğer çözümler de 24 kV dielektrik gereksinimlerini karşılayabilir. Ancak, halka anahtarlama üniteleri (RMU) düşük maliyet gerektirir ve aşırı yüksek maliyetler kullanıcılar tarafından kabul edilemez. Optimizasyonlu tasarım ve RMU kabini ılımlı genişletme ile düşük maliyetli ve kompakt 24 kV çevre dostu gaz yalıtmalı RMU'lar elde edilebilir.

Çevre Dostu Gaz RMU'larındaki Toprak Kapakçığı Düzeni

RMU'lar, ana devrede topraklama işlevini gerçekleştirmek için iki yöntem vardır:

• Çıkış hat yanındaki toprak kapakçığı (alt toprak kapakçığı)

• Ana hat yanındaki toprak kapakçığı (üst toprak kapakçığı)

Ana hat yanındaki toprak kapakçığı, sınıf E0 olarak seçilebilir ve çalışırken ana anahtarı ile koordinasyon gerektirir. Devlet Ağının 2022 yılında yayınladığı 12 kV Halka Anahtarlama Üniteleri (Kutular) İçin Standartlaştırılmış Tasarım Şeması üç pozisyonda anahtarlar hakkında, bu şema üç pozisyonlu anahtarların ana hat yanındaki düzenlemeye sahip olması gerektiğini belirtmektedir ve bunları "ana hat yanındaki kombineli fonksiyonel toprak kapakçığı" olarak yeniden tanımlamıştır.

Elektrik güvenliği yönetmelikleri, toprak kabloları, toprak kapakçıkları ve bakım altında olan ekipman arasında herhangi bir devre kesicinin veya sigortanın bağlantılı olmaması gerektiğini belirtir. Ekipman kısıtlamaları nedeniyle toprak kapakçığı ve bakım altında olan ekipman arasında bir devre kesici varsa, hem toprak kapakçığı hem de devre kesici kapandıktan sonra devre kesicinin açılmasını önleyecek önlemler alınmalıdır.

Bu nedenle, hat yanındaki toprak kapakçığı devre kesicinin aşağısında yer alır. Doğrudan toprağa bağlanacak çıkışı toplayıcıya bağlanır, böylece toprak noktası, toprak kapakçığı ve bakım altında olan ekipman arasında herhangi bir devre kesici veya sigorta bulunmamak üzere gerekliliklerini sağlar. Diğer taraftan, ana hat yanındaki toprak kapakçığı devre kesicinin üzerinde yer alır. Toprak kapakçığı ve toprağa bağlanacak çıkışı toplayıcı arasında bir vakum devre kesici bulunur—doğrudan bağlantı sağlamaz. Toprak kapakçığı ve bakım altında olan ekipman arasında bir devre kesici olduğundan, toprak kapakçığı ve devre kesici kapandıktan sonra devre kesicinin açılmasını önlemek için önlemler uygulanmalıdır. Örneğin, devre kesicinin açma devresi bir bağlantı levha aracılığıyla ayrılabilir ya da yanlış açılmayı önlemek için mekanik yöntemler kullanılabilir, böylece toprak bağlantısının istenmeyen şekilde kesilmesi önlenir.

Devlet Ağının Standartlaştırılmış Tasarım Şeması, ana hat yanındaki kombineli fonksiyonel toprak kapakçığı için kilitleme gerekliliklerini de belirtir. Ana hat yanındaki kombineli fonksiyonel toprak kapakçığı, devre kesicinin kapalı olmasıyla kabloyu topraklamayı gerçekleştirdiğinde, manuel veya elektriksel açma işlemlerini önlemek için hem mekanik hem de elektriksel kilitleme mekanizmaları içermelidir.

Devlet Ağı, ana hat yanındaki üç pozisyonlu izolasyon/toprak kapakçığıyı, kısa devre yapma (kapama) yeteneğini düşünerek benimsemiştir. SF6 yalıtımında RMU'lar, SF6'nın havadan yaklaşık üç kat daha yüksek dielektrik dayanımı ve havadan yaklaşık 100 kat daha büyük ark söndürme yeteneğine sahip olduğundan, toprak kapakçığının kapama kapasitesi güvenilir bir şekilde sağlanır.

Karşılaştırıldığında, çevre dostu gazlar arc söndürme yeteneği eksiktir ve daha düşük yalıtım performansına sahiptir. Bu nedenle, çok yüksek kapama hızı gereklidir. Ancak, RMU operasyon mekanizmalarının sınırlı enerjisi, yüksek hızlı kapama için yeterli kuvvet sağlayamaz. Hat yanındaki toprak kapakçığının kullanılması, kapama hızını artırmayı ve kontakların ark direnç ve elektrodinamik analizini iyileştirmeyi gerektirecektir, bu da daha büyük operasyon kuvvetleri ve daha yüksek maliyetlere yol açabilir. Ana hat yanındaki toprak kapakçığı, devre kesici kilitleme sorununu çözerek hala güvenilir topraklamayı sağlarken, daha güçlü yapma kapasitesi sunar.

SF6 ve çevre dostu gazlar arasındaki teknik ve ürün analizi, 12 kV çevre dostu gaz yalıtmalı RMU'ların sadece küçük boyut artışlarıyla yalıtım ve sıcaklık yükseltme gereksinimlerini karşılayabileceğini göstermektedir, bu da olgun teknik çözümleri işaret etmektedir.

Ancak, 24 kV çevre dostu gaz yalıtmalı ürünler oldukça azdır. Temel zorluk, daha yüksek gerilim derecesi nedeniyle boyutların önemli ölçüde artmasıdır. Aşırı boyut ve yüksek fiyat, 24 kV çevre dostu gaz yalıtmalı RMU'ların gelişimini kısıtlayacaktır. Denge edilmiş bir yaklaşım, yalıtım gaz tipi, doldurma basıncı, kapak hacmi ve yardımcı yalıtım maliyetini göz önünde bulundurarak, düşük maliyetli ve kompakt RMU'lar tasarlamanız gerekmektedir. Bu şekilde, gerçek SF6 yerine geçiş gerçekleştirilebilir—sadece yerel pazar hakimiyeti değil, aynı zamanda dünya çapında ihracata da imkan tanıyarak, Çin'in düşük karbon, çevre dostu elektrik ekipmanlarının dünya genelinde yayılmasına katkıda bulunabilir.