24kV huoltovapaa ekogaserasiteettinen RMU älykkäällä valvonnalla – kaupunkiverkkovalmius

Verrattuna 12kV:n sijaan 24kV tarjoaa enemmän sähköenergiaa, vähentää linjahäviöitä ja on laajasti käytössä ulkomaisilla markkinoilla.

SF₆ on kasvihuonekaasu, jonka ozonikerroksen tuhoamispotentiaali on yli 20 000 kertaa suurempi kuin CO₂:n. Sen käyttöä on rajoitettava; siksi keskipannuinen sähkövirtakappale ei saa käyttää SF₆:a eristyskaasuna.

Ympäristöystävälliset kaasut sähkövirtakappeleissa viittaavat kaasuun, joka ei sisällä SF₆:a eristyksessä tai kaasunpäästöjen tukahduttamisessa. Esimerkkejä ovat luonnollisesti esiintyvät kaasut (kuten typpi ja hiilidioksidipitoisuus), kaasuseoksia ja syntetisiä kaasuja.

Ympäristöystävällisen kaasueristettyjen sähkövirtakappaleiden avainhaaste on eristysvaatimusten täyttäminen. Vaikka 12kV:n ympäristöystävälliset kaasueristetyt rengasmuodostimet (RMU) ovat hyvin kehittyneitä, 24kV:n malleja on suhteellisen vähän. Tämä johtuu siitä, että kotimaan kysyntä 24kV-varusteille on alhainen ja niiden eristysrakenne on monimutkaisempi – vain muutama valmistaja, jolla on vientitarve, kehittää tällaisia tuotteita.

Periaatteessa 24kV-sähkövirtakappaleiden suunnittelua voidaan yksinkertaistaa seuraavilla tavoilla:

• Kiinteä kompositieristys: Tämä varmistaa, että virtajohde täyttää jännitekestämisvaatimukset. Eristysvälin lisääminen tai kaasupussin koon laajentaminen voi myös täyttää jännitekestämisvaatimukset.

• Kaasupaineen lisääminen: Suhteellisen paineen nostaminen 0,04MPa:sta 0,14MPa:han vastaa sekä eristys- että välimatkan jännitekestämisvaatimuksia, ja ainoa lisäaskel on kaasupäästötukahduttajan korvaaminen 24kV-luokiteltulla.

Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää C4/C5-synteettistä kaasua, johon on sekoitettu CO₂, sillä sen eristyskyky on samankaltainen kuin SF₆:n. Pieniä parannuksia SF₆-pohjaisiin RMU:ihin voidaan tehdä, jotta ne täyttävät 24kV:n jännitekestämisvaatimukset. Kuitenkin C4/C5 on myös kasvihuonekaasu – vaikkakin sen globaalin lämpenemisen potentiaali on vain 1/20 osa SF₆:n potentiaalista. Lisäksi se hajoaa myrkylliseksi kaasuksi kaasupäästön jälkeen, mikä ei ole kestävän kehityksen kannalta suotavaa.

Sähkövirtakappaleen elävien osien välissä oleva etäisyys määräytyy impulssijännitteiden kestävyydestä:

• 24kV-varusteissa impulssijännitekestävyys on 125kV, mikä vastaa 220mm:n ilmaväliä (tai 95mm, jos käytetään 3M:n hitauskuivumistä ja BPTM:n pyöreitä virtajohdeputkia).

• 12kV-varusteissa impulssijännitekestävyys on 75kV, ja ilmaväli on 120mm (tai 55mm samaan 3M:n kuivumismuovine ja BPTM:n virtajohdeputkine).

RMU:n sivulle asennettujen kytkimen yksiköiden käsittelyssä kompositieristyksen vaatimat etäisyydet voidaan täysin täyttää.

 Varhaisimpia 24kV:n kiinteäeristettyjä rengasmuodostimia ovat Eatonin SVS ja Xiruin tuotteet. Koska Xiruin ulkomarkkinoille suunnitellut kytkimet ovat kaksipaikkaisia – toisin sanoen kytkin on joko suljetussa tai maassa – tämä suunnittelu ei täyttänyt Kiinan vaatimusta kolmeen paikkaan vaiheittain ohjattavaksi, joten kytkimeen oli lisättävä eristyspaikka kahden paikan välille.

Tuotteen pienenemisen, kustannustehokkuuden ja ympäristösopeutumisen saavuttaminen määrittelee 24kV:n ympäristöystävällisten kaasueristettyjen rengasmuodostimien kehityssuunnan. Kiinteän kompositieristyksen kustannukset ovat korkeat, ja eristyskatkosten jännitekestämisongelma on edelleen ratkaisematta. Samalla vaihtoehtoisten kaasujen, kuten kuivaa ilmaa ja typpiä, eristyskyky on riittämätön, ja katkospisteiden ja maapisteiden etäisyys on samankaltainen kuin luonnollisessa ilmassa, eli ≥220mm. Tämä tekee sellaisista pyöreistä kolmeen paikkaan kytkentäkytkimistä isoiksi, kun taas lineaariliikenteen kytkimet kohtaavat tietyt vaikeudet, joko korkeuden tai leveyden lisäämisessä. Kaksipaikkaisen eristys- ja maakatkaisun käyttö voi ratkaista liian suurten eristyskytkimien ongelman.

Kaasun täytön paineen tarjoamiseksi on ratkaistava kotelun vahvuusongelma. Alumiinilevyn sylinterimäinen rakenne mahdollistaa mittojen optimoinnin, tasaisen sähkökentän ja hyvän lämmönvedyn. Sisäiset virtajohdot on järjestetty kolmiomuotoisesti, ja kolmeen paikkaan kytkentäkytkin ja tyhjiökappale on asennettu pystysuoraan, mikä mahdollistaa tiladimensioiden optimaalisen käytön ja pieniä mittoja suurella teholla.