Заземлення на стороні шинопроводу для екологічно чистих РМУ 24 кВ: Чому і Як

Посилення твердого ізоляційного матеріалу разом з сухим повітряним ізоляційним матеріалом є напрямком розвитку для кільцевих головних вузлів на 24 кВ. Збалансувавши характеристики ізоляції та компактність, використання допоміжної твердої ізоляції дозволяє пройти ізоляційні тестування без значного збільшення міжфазових або міжфазово-земельних розмірів. Упаковка стовпа може вирішити питання ізоляції вакуумного переривача та його підʼєднаних провідників.

Для виходячої шини на 24 кВ, зберігаючи міжфазовий інтервал на рівні 110 мм, вулканизація поверхні шини може знизити напруженість електричного поля та коефіцієнт неоднорідності електричного поля. Таблиця 4 розраховує електричне поле при різних міжфазових інтервалах та товщині ізоляції шини. Видно, що за допомогою відповідного збільшення міжфазового інтервалу до 130 мм та застосування вулканизаційної обробки епоксидною смолою завдовжки 5 мм до круглої шини, напруженість електричного поля досягає 2298 кВ/м, що все ще має певний запас по відношенню до максимальної напруженості електричного поля 3000 кВ/м, яку може витримати сухе повітря.

Таблиця 1 Умови електричного поля при різних міжфазових інтервалах та товщині ізоляції шини

Завдяки низькій діелектричній стійкості сухого повітря, тверда ізоляція не може вирішити проблему витримування напруги на місці розриву ізоляції. Двоконтактний відокремлювач використовує два газові проміжки послідовно для ефективного поділу напруги. Електричне поле захищаються та розподіляються кільцями згладжування на місцях концентрації електричного поля, таких як стаціонарні контакти відокремлювача та заземлювача, щоб зменшити інтенсивність електричного поля та ефективно зменшити розмір повітряного проміжку. Як показано на рисунку 1, двоконтактний механізм досягає робочих станів — роботи, ізоляції та заземлення — через підвищений обертання нейлонового головного валу. Кільце згладжування на стаціонарному контакті має діаметр 60 мм і оброблене епоксидним вулканізацією; 100-міліметровий проміжок може витримати ударну напругу блискавки 150 кВ.

Інші рішення, такі як довгоголовна однофазова розташування з використанням корпусів з високопрочних сплавів для кожного фази або умірено збільшення газового тиску, також можуть задовольнити діелектричні вимоги 24 кВ. Однак, кільцеві основні блоки (RMUs) вимагають невисоких витрат, і надто високі витрати неприпустимі для користувачів. Через оптимізований дизайн та умірено розширення шафи RMU, можна досягти невисоких витрат та компактних 24 кВ екологічно чистих газово-ізольованих RMU.

Розташування заземлювача в екологічно чистих газових RMU

У RMU існують два методи для досягнення функції заземлення в основному контурі:

• Заземлювач на стороні виходу (нижній заземлювач)

• Заземлювач на стороні шини (верхній заземлювач)

Заземлювач на стороні шини може бути вибраний як клас E0, що вимагає координації з головним випливаючим пристроєм під час роботи. Згідно з Стандартизованим проектом дизайну 12 кВ кільцевих основних блоків (ящиків), виданим Головною мережею у 2022 році, щодо трипозиційних випливаючих пристроїв, проект визначає, що трипозиційні випливаючі пристрої повинні мати розташування на стороні шини та переозначаються як "комбіновані функціональні заземлювачі на стороні шини."

Правила безпеки електроенергетики встановлюють, що жодний випливаючий пристрій або предохранитель не повинен бути підключений між заземлювальними дротами, заземлювачами та обладнанням, яке ремонтується. Якщо, через обмеження обладнання, випливаючий пристрій існує між заземлювачем та обладнанням, яке ремонтується, необхідно прийняти заходи, щоб забезпечити, що випливаючий пристрій не може відкриватися після того, як обидва заземлювач та випливаючий пристрій закриті.

Тому заземлювач на стороні виходу розташований нижче випливаючого пристрою. Він безпосередньо підключається до виходячого кабелю, який заземлюється, задовольняючи вимогу, що немає випливаючого пристрою або предохранителя між точкою заземлення, заземлювачем та обладнанням, яке ремонтується. Натомість, заземлювач на стороні шини розташований вище випливаючого пристрою. Між заземлювачем та виходячим кабелем, який заземлюється, знаходиться вакуумний випливаючий пристрій — він не підключається безпосередньо. Оскільки випливаючий пристрій знаходиться між заземлювачем та обладнанням, яке ремонтується, необхідно впровадити заходи, щоб запобігти відкриттю випливаючого пристрою, коли обидва заземлювач та випливаючий пристрій закриті. Наприклад, цепь відключення випливаючого пристрою може бути від’єднана через пластину, або можна використовувати механічні засоби, щоб запобігти неправильному відключенню, таким чином уникнувши непланованого роз’єднання шляху заземлення.

Стандартизований проект дизайну Головної мережі також визначає вимоги взаємоблокування для комбінованих функціональних заземлювачів на стороні шини. Коли комбінований функціональний заземлювач на стороні шини використовує закриття випливаючого пристрою для досягнення заземлення на стороні кабелю, він повинен включати як механічне, так і електричне взаємоблокування, щоб запобігти ручному або електричному відкриттю випливаючого пристрою.

Головна мережа використовує трипозиційний відокремлювач/заземлювач на стороні шини, переважно враховуючи здатність до короткого замикання (закриття). У SF6-ізольованих RMU, заземлювач вигідно використовує діелектричну стійкість SF6, яка приблизно у три рази вища, ніж у повітря, та його здатність гасити дугу, яка приблизно у 100 разів вища, ніж у повітря завдяки кращому охолодженню дуги. Таким чином, здатність закриття заземлювача надійно забезпечена.

Натомість, екологічно чисті гази не мають здатності гасити дугу та мають нижчу діелектричну стійкість. Тому вимагається дуже висока швидкість закриття. Однак, механізми RMU мають обмежену енергію та не можуть надати достатньої сили для високошвидкісного закриття. Використання заземлювача на стороні виходу потребувало б збільшення швидкості закриття, покращення стійкості до дуги та електродинамічного аналізу контактів, що може призвести до більших операційних сил та вищих витрат. Заземлювач на стороні шини, вирішуючи проблему взаємоблокування випливаючого пристрою, все ще може забезпечити надійне заземлення, пропонуючи більш сильну здатність закриття.

Шляхом технічного та продуктного аналізу SF6 та екологічно чистих газів, можна побачити, що 12 кВ екологічно чисті газово-ізольовані RMU можуть задовольнити вимоги ізоляції та підвищення температури лише з невеликим збільшенням розміру, що свідчить про зрілі технічні рішення.

Однак, мало доступних 24 кВ екологічно чистих газово-ізольованих продуктів. Основна проблема полягає у вищому класі напруги, що призводить до значного збільшення розмірів. Надмірний розмір та висока ціна будуть обмежувати розвиток 24 кВ екологічно чистих газово-ізольованих RMU. Потрібен збалансований підхід, що враховує тип ізоляційного газу, тиск заповнення, об'єм корпусу та вартість допоміжної ізоляції, для проектування невисоковартісних, компактних RMU. Лише тоді можна досягти справжньої заміни SF6, що дозволить не лише домінувати на внутрішньому ринку, але й експортувати глобально, сприяючи поширенню низьковуглецевого, екологічно чистого електрообладнання Китаю по всьому світу.