Teknikal nga Analisis sa Internal Arc Fault Withstand & Optimization sa Fully Insulated SF6 Gas-Insulated Ring Main Units (RMUs)

Ang mga SF6 Fully Insulated Gas-Insulated Ring Main Units (na sa pagkakasunod ay tinatawag na RMUs) pangunahing binubuo ng mga load switch units at high-voltage AC load switch-fuse combination appliances (na sa pagkakasunod ay tinatawag na combination appliances). Batay sa mga pangangailangan ng user, maaari silang ikonfigure bilang common-tank o unitized structures.

Sa praktikal na aplikasyon ng inhenyeriya, karaniwang itinatayo ang mga elektrikal na koneksyon gamit ang top-mounted solid-insulated busbars o side-mounted plug-in busbars. Sa iba't ibang teknikal na parametro, ang transfer current ng combination appliance unit at ang closing capability ng load switch unit ay kumakatawan sa mga pangunahing hamon sa pagbuo. Bukod dito, dahil sa lumalaking pambansang alala, ang internal arc faults ay lalo pang naging sentral na isyu para sa mga user sa nakaraang mga taon.

1. Analisis ng Teknikal na Isyu

Sa pagbuo at produksyon ng mga RMUs, ang mga sumusunod na aspeto ay nangangailangan ng malinis na pag-aaral:

1.1 Transfer Current

Ang transfer current ng combination appliance ay tumutukoy sa three-phase symmetrical current kung saan ang interrupting function ay lumilipat mula sa fuse patungo sa load switch. Para sa mga kasong may current na mas mataas kaysa sa halaga na ito, ang interruption ay ginagawa ng fuses. Sa mas mababang fault current ranges, ang melting times ng tatlong phase ng fuse ay nagpapakita ng inherent variability. Ang fuse na may pinakamabilis na melting time ang unang mag-iinterrupt, at ang striker nito ay magtutrigger ng trip mechanism upang buksan ang load switch.

Ang interruption ng natitirang dalawang phase ay depende sa paghahambing sa actual time-current characteristics ng kanilang mga fuse (kung saan ang current sa natitirang dalawang phase ay humigit-kumulang 87% ng three-phase current) at ang opening time ng load switch na simulan ng striker ng unang-interrupting fuse. Kung delayed ang melting ng fuse, ang natitirang dalawang phase ay iinterrupt ng load switch. Kaya, ang fault current interruption sa range na ito ay ibinabahagi ng fuse at load switch.

Ang transfer current ng combination appliance ay nakadepende sa dalawang pangunahing factor: ang tripping time ng load switch na simulan ng fuse striker at ang actual time-current characteristics ng fuse. Ang rated transfer current ay isang mahalagang teknikal na parameter, na kumakatawan sa pinakamataas na current na maaaring safely interrupt ng load switch. Sa pagpili ng current-limiting fuses, dapat suriin ang kanilang time-current characteristics upang tiyakin na ang resulting transfer current ay mas mababa kaysa sa rated transfer current ng combination appliance. Ito ay nagbibigay ng reliable at safe coordination sa pagitan ng load switch at fuse, na nagbibigay ng epektibong proteksyon sa mga transformer.

1.2 Closing Capability

Sa panahon ng pagsubok ng load switch, minsan ay nagkaroon ng hindi matagumpay na closing operations, na karaniwang nahahati sa dalawang kategorya: hindi nasasapat ang bilang ng closing operations o hindi maaaring iclose sa rated short-circuit currents. Ang analisis ng mga resulta ng pagsubok ay nagpapakita na ang mga pagkakamali na ito ay pangunahing dulot ng excessive erosion ng main contacts, na bumabagsak sa kanilang kakayahan na carry ang rated short-circuit current.

Kaya, mahalagang bawasan o iprevent ang main contact erosion upang makamit ang matagumpay na resulta ng pagsubok. Ang research at extensibong pagsubok ay nagpakita na ang pagdaragdag ng auxiliary contacts na gawa sa high-melting-point copper-chromium alloy sa orihinal na main contacts ay maaaring indirect na protektahan ang mas mababang melting-point na copper main contacts. Ang espesipikong disenyo ng approach ay maaaring ma-flexibly adapt batay sa contact structure na ginagamit—kahit linear motion o rotary blade type.

2. Pagtitiis ng Internal Arc Faults

Ang electric arc ay reaksyon ng matinding air sa paligid, na nagdudulot ng mabilis na pagtaas ng temperatura at presyon. Kung hindi maayos na inilalagay, maaari itong magbigay ng malubhang panganib sa mga tao at equipment. Dapat na gawin ang mga internal arc fault tests nang hiwalay para sa gas compartment (switch compartment) at cable compartment ng RMU. Upang pumasa sa test, ang mga sumusunod na criteria ay kailangang mapunan:

• Ang panels at doors ng switchgear ay dapat manatili na sarado; limited deformation ay tanggapin.

• Ang enclosure ay hindi dapat mag-rupture, at walang fragments na mas mabigat kaysa 60 g ang maaaring mailabas.

• Walang butas ang maaaring lumitaw sa accessible surfaces ng switchgear hanggang sa taas na 2 m.

• Ang horizontal at vertical indicators na ginagamit sa panahon ng test ay hindi dapat mag-ignite dahil sa hot gases.

• Ang enclosure ay dapat manatili na konektado sa grounding point sa buong panahon ng test.

2.1 Rated Short-Circuit Breaking Current

Ang rated short-circuit breaking current ng combination appliance ay nakadepende sa piniling fuse. Ang mga sumusunod na konsiderasyon ay dapat isapuso:

• Ang fuse’s rated short-circuit breaking current ay dapat mas mataas o katumbas ng maximum prospective fault current sa installation point sa distribution system.

• Ang fuse’s rated short-circuit breaking current ay dapat mas maayos na match sa load switch’s rated short-time withstand current sa loob ng combination appliance.

• Dapat na ma-install ang tatlong fuses ng parehong modelo at specification; kung hindi, maaaring maapektuhan ang interruption performance.

• Dapat na maayos at fully installed ang mga fuses upang tiyakin ang striker ay mag-trigger sa tamang oras at reliably trigger ang load switch trip mechanism.

• Pagkatapos ng isang o dalawang fuses na gumana, dapat na palitan ang lahat ng tatlo kung hindi sigurado na ang unfused fuses ay hindi nagcarry ng current.

2.2 High-Altitude Operation

Ang disenyo ng sealed gas compartments sa RMUs ay karaniwang batay sa operasyon sa altitudes na mas mababa kaysa 1,000 m. Sa mas mataas na altitudes, ang hangin ay naging mas mababaw at ang atmospheric pressure ay bumababa. Dahil ang internal gas density ay nananatiling constant, ang relative pressure sa loob ng sealed compartment ay tumataas. Ito ay maaaring magresulta sa mas mataas na mechanical stress sa enclosure, na nagdudulot ng deformation at mas mataas na panganib ng gas leakage. Sa mga kaso na ito, ang lakas ng enclosure ay dapat ma-reinforce at ma-validate sa pamamagitan ng testing. Ang pagbabawas ng gas filling pressure (o density) ay hindi isang siyentipikong sound o recommended solution.

2.3 Moisture Content Control

Clause 6.5.1 ng DL/T 791-2001, Guidelines for Selection of Indoor AC Gas-Insulated Switchgear, specifies moisture content sa gas compartments: “Kapag ang rated filling pressure ay hindi hihigit sa 0.05 MPa, ang moisture content ay hindi dapat lumampas sa 2,000 μL/L (by volume).” Ang iba pang standards ay hindi nagbibigay ng specific guidance. Sa paggawa ng RMU, ang kontrol ng moisture content sa 1,000 μL/L (sa 20°C) ay itinuturing na reasonable, batay sa mga sumusunod:

• Ang load switch ay nag-iinterrupt ng relatibong maliit na currents (630 A), na may maximum na transfer current (humigit-kumulang 1,500–2,200 A).

• Ang filling pressure ay mababa (rated sa 0.03–0.05 MPa), na mas mababa kaysa sa high-voltage GIS (humigit-kumulang 0.5 MPa).

• Ang sealing performance ay excellent, na nagreresulta sa napakabagal na moisture ingress mula sa external environment.

• Ang mga resulta ng test ay nagpapakita ng minimal na SF6 decomposition products pagkatapos ng interruption.

• Sa panahon ng testing, ang mga samples ay hindi deliberately moisture-controlled, ngunit walang failures na dulot ng excessive moisture ang nabalitaan.

Kaya, hindi tama na ganap na i-ignore ang moisture control sa paggawa, gayundin ang strict na pagsumunod sa insulation-based limits nang hindi isapuso ang arc-quenching requirements. Batay sa ilang taon ng praktikal na paggawa at operasyon, ang pag-maintain ng moisture content sa 1,000 μL/L (sa 20°C) sa paggawa ay teknikal na sound at reasonable.

3. Conclusion

Ang mga RMUs ay matagal nang ginagawa at ginagamit sa Tsina, na nagpapakita ng mature technology, stable performance, at malakas na market acceptance. Inaasahan na mas maraming manufacturers ang magpasok sa larangan na ito at magpatuloy na mag-explore, discuss, at ibahagi ang insights sa mga teknikal na hamon na kinakaharap sa research, paggawa, at operasyon, upang magkolektibo na mapabuti ang teknolohiya ng RMU at mapromote ang patuloy na pag-unlad nito.