التحليل الفني للمقاومة والتخطيط للاعطال الداخلية والتحسين في وحدات التوزيع الدائرية المغلقة بالكامل المعزولة بغاز السف6 IEE-Business

وحدات التوزيع الرئيسية المغلقة بالغاز SF6 (يشار إليها فيما بعد بـ RMUs) تتكون بشكل أساسي من وحدات مفاتيح الحمل ومعدات تركيبات مفاتيح الحمل ذات التيار العالي والمزودة بمفتاح الدمج (يشار إليها فيما بعد بـ تركيبات الجمع). بناءً على متطلبات المستخدم، يمكن تكوينها كهياكل مشتركة للخزان أو هياكل منفصلة.

في التطبيقات الهندسية العملية، يتم عادةً إقامة الاتصالات الكهربائية باستخدام أشرطة الحافلة المعزولة صلباً في الأعلى أو أشرطة الحافلة القابلة للتوصيل الجانبية. من بين المعلمات الفنية المختلفة، يمثل تيار النقل لوحدة تركيبات الجمع والقدرة على الإغلاق لوحدة مفتاح الحمل تحديات رئيسية في التطوير. بالإضافة إلى ذلك، بسبب زيادة مخاوف السلامة، أصبحت الأعطال الداخلية للأقواس الكهربائية تجذب اهتمام المستخدمين بشكل متزايد في السنوات الأخيرة.

1. تحليل القضايا الفنية

خلال تطوير وإنتاج RMUs، يتطلب الأمر النظر بعناية في الجوانب التالية:

1.1 تيار النقل

يشير تيار النقل لتركيبات الجمع إلى التيار الثلاثي المتناظر الذي يحدث فيه الانتقال من وظيفة القطع بواسطة المصهر إلى مفتاح الحمل. بالنسبة للتيارات التي تتجاوز هذا القيمة، يتم قطع التيار حصراً بواسطة المصهر. في نطاقات التيار العالية المنخفضة، تظهر أوقات الذوبان للمصهر الثلاثي اختلافات طبيعية. المصهر ذو أقصر وقت ذوبان يقوم بقطع التيار أولاً، ويقوم ضاربه بتشغيل آلية القطع لفتح مفتاح الحمل.

يعتمد قطع الموجبين المتبقين على مقارنة الخصائص الزمنية-التيارية الفعلية لمصهر كل منهما (حيث يكون التيار في الموجبين المتبقين حوالي 87% من التيار الثلاثي) وزمن فتح مفتاح الحمل الذي يبدأه ضارب المصهر الأول الذي قام بقطع التيار. إذا كان ذوبان المصهر متأخراً، يتم قطع الموجبين المتبقين بواسطة مفتاح الحمل. وبالتالي، يتم تقاسم قطع التيار العطل في هذا النطاق بين المصهر ومفتاح الحمل.

يحدد تيار النقل لتركيبات الجمع عنصرين رئيسيين: زمن تشغيل مفتاح الحمل بواسطة ضارب المصهر والخصائص الزمنية-التيارية الفعلية للمصهر. يعتبر تيار النقل المقنن معلماً فنياً حاسماً، حيث يمثل أكبر تيار يمكن لمفتاح الحمل قطعه بأمان. عند اختيار المصابيح المحدودة للتيار، يجب تقييم خصائصها الزمنية-التيارية لضمان أن يكون تيار النقل الناتج أقل من تيار النقل المقنن لتركيبات الجمع. وهذا يضمن التنسيق الموثوق والأمن بين مفتاح الحمل والمصهر، مما يسمح بحماية فعالة للمحولات.

1.2 القدرة على الإغلاق

خلال اختبارات مفتاح الحمل، يحدث أحياناً فشل في عمليات الإغلاق، وتتراوح هذه الفشل عادةً في فئتين: عدم تحقيق عدد العمليات المطلوبة للإغلاق أو عدم القدرة على الإغلاق عند التيار القصير المقنن. تشير نتائج الاختبارات إلى أن هذه الفشل تحدث أساساً بسبب التآكل الزائد للوصلات الرئيسية، مما يضعف قدرتها على حمل التيار القصير المقنن.

لذلك، تعتبر تقليل أو منع تآكل الوصلات الرئيسية أمراً حاسماً لتحقيق نتائج الاختبار الناجحة. أظهر البحث واختبارات شاملة أن إضافة وصلات مساعدة مصنوعة من سبيكة النحاس-الكروم عالية درجة الانصهار إلى الوصلات الرئيسية الأصلية يمكن أن توفر حماية غير مباشرة للوصلات الرئيسية من النحاس ذات درجة الانصهار المنخفضة. يمكن تكييف النهج التصميمي المحدد بشكل مرن بناءً على الهيكل المستخدم للوصلات، سواء كانت من نوع الحركة الخطية أو الشفرة الدوارة.

2. مقاومة أعطال الأقواس الداخلية

تتفاعل القوس الكهربائي بعنف مع الهواء المحيط، مما يؤدي إلى زيادة سريعة في درجة الحرارة والضغط. إذا لم يتم احتواؤه بشكل صحيح، يمكن أن يشكل خطراً شديدًا على الأفراد والمعدات. يجب إجراء اختبارات الأعطال الداخلية للأقواس بشكل منفصل لكل من الحيز الغازي (حيز المفتاح) وحيز الكابل في RMU. لكي يمر الاختبار، يجب استيفاء المعايير التالية:

• يجب أن تظل الألواح والأبواب مغلقة؛ ويمكن قبول التشوه المحدود.

• لا يجب أن تنفجر الغلاف، ولا يجب أن يتم طرد أي قطع أثرية تزن أكثر من 60 غرام.

• لا يجب أن تتشكل ثقوب على الأسطح القابلة للوصول حتى ارتفاع 2 متر.

• لا يجب أن تشتعل المؤشرات الأفقية والعمودية المستخدمة أثناء الاختبار بالنيران الساخنة.

• يجب أن يظل الغلاف متصل بنقطة التأريض خلال الاختبار.

2.1 التيار القصير المقنن للقطع

يحدد التيار القصير المقنن للقطع لتركيبات الجمع بواسطة المصهر المختار. تنطبق الاعتبارات التالية:

• يجب أن يكون التيار القصير المقنن للمصهر أكبر من أو يساوي أكبر تيار عطل محتمل في نقطة التثبيت في نظام التوزيع.

• يجب أن يكون التيار القصير المقنن للمصهر متناسقاً بشكل معقول مع التيار القصير المقنن للتحمل لمدة قصيرة لمفتاح الحمل داخل تركيبات الجمع.

• يجب تثبيت ثلاثة مصهرات من نفس النموذج والمواصفات؛ وإلا فقد يؤثر ذلك سلبًا على أداء القطع.

• يجب تثبيت المصهرات بشكل صحيح وكامل لضمان تشغيل الضارب في الوقت المناسب وتفعيل آليات القطع لمفتاح الحمل بشكل موثوق.

• بعد تشغيل مصهر واحد أو اثنين، يجب استبدال جميع الثلاثة ما لم يكن هناك تأكيد على أن المصهرات غير المشغلة لم تحمل تيارًا.

2.2 التشغيل في المناطق المرتفعة

يتم تصميم الحيزات الغازية المغلقة في RMUs عادةً للعمل عند ارتفاعات أقل من 1,000 متر. في الارتفاعات الأعلى، يصبح الهواء أرق والضغط الجوي ينخفض. بما أن كثافة الغاز الداخلية تبقى ثابتة، فإن الضغط النسبي داخل الحيز المغلق يزداد. يمكن أن يؤدي ذلك إلى زيادة الضغط الميكانيكي على الغلاف، مما يؤدي إلى التشوه وزيادة خطر تسرب الغاز. في مثل هذه الحالات، يجب تعزيز قوة الغلاف بشكل مناسب وتأكيد ذلك من خلال الاختبار. لا يعتبر تقليل ضغط ملء الغاز (أو الكثافة) حلاً علمياً أو موصى به.

2.3 السيطرة على محتوى الرطوبة

يشير البند 6.5.1 من DL/T 791-2001، "إرشادات اختيار المعدات الكهربائية الداخلية المغلقة بالغاز"، إلى محتوى الرطوبة في الحيزات الغازية: "عندما يكون الضغط المقنن للتعبئة لا يزيد عن 0.05 ميجا باسكال، يجب ألا يتجاوز محتوى الرطوبة 2,000 ميكرو ليتر/لتر (بالحجم)". لا تقدم المعايير الأخرى توجيهات محددة. في إنتاج RMU، يعتبر التحكم في محتوى الرطوبة عند 1,000 ميكرو ليتر/لتر (عند 20 درجة مئوية) معقولاً، بناءً على ما يلي:

• يقطع مفتاح الحمل تيارات نسبية صغيرة (630 أمبير)، مع أقصى تيار للنقل (حوالي 1,500-2,200 أمبير).

• يكون الضغط المقنن للتعبئة منخفضًا (مقنن عند 0.03-0.05 ميجا باسكال)، وهو أقل بكثير من الضغط في GIS ذات التوتر العالي (حوالي 0.5 ميجا باسكال).

• تكون أداء التسجيل ممتازًا، مما يؤدي إلى دخول الرطوبة من البيئة الخارجية ببطء شديد.

• تشير نتائج الاختبار إلى وجود منتجات تحلل SF6 قليلة جدًا بعد القطع.

• خلال الاختبار، لم يتم التحكم في الرطوبة بقصد، ومع ذلك لم يتم ملاحظة أي فشل بسبب الرطوبة الزائدة.

لذلك، ليس من المبرر تجاهل السيطرة على الرطوبة تمامًا أثناء الإنتاج، كما أنه ليس من المقبول التمسك بالحدود القائمة على العزل دون مراعاة متطلبات إطفاء القوس. بناءً على سنوات من الخبرة العملية في الإنتاج والتشغيل، يعتبر الحفاظ على محتوى الرطوبة عند 1,000 ميكرو ليتر/لتر (عند 20 درجة مئوية) أثناء التصنيع أمرًا فنيًا معقولًا وصحيحًا.

3. الخلاصة

تم تصنيع وتشغيل RMUs في الصين لسنوات عديدة، مما يدل على تقنية ناضجة وأداء مستقر وقبول قوي في السوق. يأمل أن يدخل المزيد من الشركات الصانعة هذا المجال وأن تستمر في استكشاف ومناقشة وتبادل الآراء حول التحديات التقنية التي تواجه البحث والتصنيع والتشغيل، مما يساهم في تطور تقنية RMUs وتحسينها المستمر.