Technická analýza odolnosti vůči vnitřním obloukovým poruchám a optimalizace plně izolovaných SF6 plynových okruhových hlavních jednotek (RMUs)
Plně izolované šestifluoridové uhličitanové kruhové hlavní jednotky (dále jen RMU) se primárně skládají z jednotek vypínače zátěže a vysoce výkonných střídavých kombinačních přístrojů s vypínačem zátěže a pojistkou (dále jen kombinační přístroje). Podle požadavků uživatelů mohou být konfigurovány jako společné nádrže nebo jednotkové struktury.
V praxi jsou elektrické spojení obvykle vytvořeny pomocí pevně izolovaných sběrnic umístěných nahoře nebo zapojitelných sběrnic umístěných na boku. Mezi různé technické parametry patří předávací proud kombinačního přístroje a schopnost uzavírání vypínače zátěže, které představují klíčové výzvy v rozvoji. Dále se v posledních letech kvůli rostoucím bezpečnostním obavám stále více upozorňuje na vnitřní obloukové poruchy.
1. Analýza technických problémů
Během vývoje a výroby RMU je třeba pečlivě zvážit následující aspekty:
1.1 Předávací proud
Předávací proud kombinačního přístroje označuje trojfázový symetrický proud, při kterém funkce přerušení přechází z pojistky na vypínač zátěže. Pro proudy nad touto hodnotou je přerušení prováděno pouze pojistkami. V nižších rozsazích chybového proudu se časy tavení třífázových pojistek liší. Pojistka s nejkratším časem tavení přeruší první a její úderový mechanismus aktivuje mechanismus odpojení, který otevře vypínač zátěže.
Přerušení zbývajících dvou fází závisí na srovnání skutečných charakteristik proudu a času jejich pojistek (kde proud v zbývajících dvou fázích je přibližně 87 % třífázového proudu) a času otevření vypínače zátěže iniciovaného úderovým mechanismem první pojistky, která přerušila. Pokud je tavení pojistky zpožděno, zbývající dvě fáze jsou přerušeny vypínačem zátěže. Tedy v tomto rozsahu je přerušení chybového proudu sdíleno mezi pojistkou a vypínačem zátěže.
Předávací proud kombinačního přístroje je určen dvěma klíčovými faktory: časem odpojení vypínače zátěže iniciovaným úderovým mechanismem pojistky a skutečnými charakteristikami proudu a času pojistky. Nominální předávací proud je klíčový technický parametr, který reprezentuje maximální proud, který vypínač zátěže může bezpečně přerušit. Při výběru omezujících pojistek je třeba vyhodnotit jejich charakteristiky proudu a času, aby byl výsledný předávací proud pod nominálním předávacím proudem kombinačního přístroje. To zajistí spolehlivou a bezpečnou koordinaci mezi vypínačem zátěže a pojistkou, umožňující efektivní ochranu transformátorů.
1.2 Schopnost uzavírání
Během testování vypínače zátěže se občas vyskytují neúspěšné operace uzavírání, které lze obecně rozdělit do dvou kategorií: neschopnost splnit požadovaný počet operací uzavírání nebo neschopnost uzavřít při nominálních krátkozaměřených proudech. Analýza výsledků testů ukazuje, že takové selhání je převážně způsobeno přílišnou erozí hlavních kontaktů, což oslabuje jejich schopnost přenášet nominální krátkozaměřený proud.
Proto je klíčové minimalizovat nebo zabránit erozi hlavních kontaktů, aby byly dosaženy úspěšné výsledky testů. Výzkum a rozsáhlé testování ukázaly, že přidání pomocných kontaktů z měděného-chromitého slitiny s vysokým bodem tavení k původním hlavním kontaktům může nepřímo chránit kontakty z mědi s nižším bodem tavení. Konkrétní designový přístup lze flexibilně adaptovat v závislosti na použité struktuře kontaktu, zda je to lineární pohyb nebo rotující čepelový typ.
2. Odolnost proti vnitřním obloukovým poruchám
Elektrický oblouk reaguje násilně s okolním vzduchem, což způsobuje rychlé zvyšování teploty a tlaku. Pokud není správně obsažen, může představovat vážné riziko pro osobní bezpečnost a zařízení. Testy vnitřních obloukových poruch by měly být provedeny samostatně pro plynovou komoru (vypínačovou komoru) a kabelovou komoru RMU. Aby byl test úspěšný, musí být splněny následující kritéria:
Panely a dveře rozvodu musí zůstat uzavřené; omezená deformace je akceptovatelná.
Obal nesmí prasknout a žádné fragmenty těžší než 60 g nesmějí být vyhozeny.
Na dosažitelných povrchách rozvodu do výšky 2 m nesmí vzniknout žádné otvory.
Horizontální a vertikální indikátory použité během testu nesmějí být zapáleny horkými plyny.
Obal musí být během celého testu spojen s zemným bodem.
2.1 Nominální krátkozaměřený přerušovací proud
Nominální krátkozaměřený přerušovací proud kombinačního přístroje je určen vybranou pojistikou. Platí následující zvažování:
Nominální krátkozaměřený přerušovací proud pojistky musí být větší nebo roven maximálnímu očekávanému chybovému proudu v distribučním systému v místě instalace.
Nominální krátkozaměřený přerušovací proud pojistky musí být rozumně srovnán s nominálním krátkodobým odolnostním proudem vypínače zátěže v kombinačním přístroji.
Musí být nainstalovány tři pojistky stejného modelu a specifikace; jinak by mohla být výkon přerušení negativně ovlivněna.
Pojistky musí být správně a plně nainstalovány, aby bylo zajištěno, že úderový mechanismus aktivuje ve správném čase a spolehlivě spustí mechanismus odpojení vypínače zátěže.
Po fungování jedné nebo dvou pojistek by měly být všechny tři nahrazeny, pokud není jisté, že nezpožděné pojistky nepřenášely proud.
2.2 Provoz na vysokých nadmořských výškách
Návrh uzavřených plynových komor v RMU je obvykle založen na provozu v nadmořských výškách nižších než 1 000 m. V vyšších nadmořských výškách se vzduch řídne a atmosférický tlak klesá. Protože hustota interního plynu zůstává konstantní, relativní tlak uvnitř uzavřené komory stoupá. To může vést ke zvýšení mechanického napětí na obal, což může způsobit deformaci a vyšší riziko unikání plynu. V takových případech by měla být síla obalu vhodně posílena a ověřena prostřednictvím testů. Snížení tlaku naplnění plynu (nebo hustoty) není vědecky zdůvodněným nebo doporučeným řešením.
2.3 Kontrola obsahu vlhkosti
Odstavec 6.5.1 standardu DL/T 791-2001, Směrnice pro výběr vnitřních střídavých plynově izolovaných rozvodů, stanovuje obsah vlhkosti v plynových komorách: “Pokud je nominální tlak naplnění menší nebo roven 0,05 MPa, obsah vlhkosti nesmí překročit 2 000 μL/L (objemově).” Jiné normy nezahrnují specifické pokyny. V produkci RMU je považováno za rozumné kontrolovat obsah vlhkosti na 1 000 μL/L (při 20°C), a to z následujících důvodů:
Vypínač zátěže přerušuje relativně malé proudy (630 A), s maximálním předávacím proudem (asi 1 500–2 200 A).
Tlak naplnění je nízký (nominálně 0,03–0,05 MPa), což je výrazně nižší než u vysokonapěťových GIS (asi 0,5 MPa).
Účinnost těsnění je vynikající, což vedlo k velmi pomalému pronikání vlhkosti z externího prostředí.
Výsledky testů ukázaly minimální produkty dekompozice SF6 po přerušení.
Během testování nebylo úmyslně kontrolováno vlhkost, ale nebyly pozorovány žádné selhání způsobené příliš vysokou vlhkostí.
Proto je naprosto nezdůvodněné zcela ignorovat kontrolu vlhkosti během výroby, stejně jako přísně dodržovat limity založené na izolaci bez ohledu na požadavky na uhašení oblouku. Na základě let praktické výroby a provozu je udržování obsahu vlhkosti na 1 000 μL/L (při 20°C) během výroby technicky smysluplné a rozumné.
3. Závěr
RMU jsou vyráběny a provozovány v Číně již mnoho let, což dokazuje zralou technologii, stabilní výkon a silnou tržní přijetí. Je doufáno, že do tohoto oboru vstoupí více výrobců a budou dále zkoumat, diskutovat a sdílet poznatky o technických výzvách, s nimiž se setkávají v rámci výzkumu, výroby a provozu, čímž budou společně přispívat k rozvoji technologie RMU a jejímu neustálému zlepšování.
