تحلیل فنی، تحمل و بهینه‌سازی خطاهای داخلی قوس الکتریکی در واحدهای حلقه اصلی گازی کاملاً عایق شده با SF6
واحد های حلقه اصلی عایق‌شده کامل SF6 (که در ادامه به اختصار RMUs خوانده می‌شوند) عمدتاً شامل واحدهای تیرک بار و دستگاه‌های ترکیبی بارکش-فیوز پرتوس (که در ادامه به اختصار دستگاه‌های ترکیبی خوانده می‌شوند). بر اساس نیازهای کاربر، آنها می‌توانند به صورت ساختار یکپارچه یا واحدی تنظیم شوند.
در کاربردهای مهندسی عملی، اتصالات الکتریکی معمولاً با استفاده از باربرهای عایق‌شده جامد بالایی یا باربرهای قابل وصل شدن جانبی ایجاد می‌شوند. در میان پارامترهای فنی مختلف، جریان انتقال واحد ترکیبی و قابلیت بستن واحد تیرک بار نمایانگر چالش‌های کلیدی در توسعه هستند. علاوه بر این، به دلیل نگرانی‌های رشد یافته در مورد ایمنی، خطاهای قوس داخلی در سال‌های اخیر توجه بیشتر کاربران را جلب کرده‌اند.
1. تحلیل مشکلات فنی
در طول توسعه و تولید RMUs، جنبه‌های زیر نیاز به توجه دقیق دارند:
1.1 جریان انتقال
جریان انتقال یک دستگاه ترکیبی به معنای جریان متقارن سه‌فازی است که در آن عملکرد قطع از فیوز به تیرک بار منتقل می‌شود. برای جریان‌های بیش از این مقدار، قطع فقط توسط فیوز‌ها انجام می‌شود. در محدوده جریان‌های خطای کمتر، زمان ذوب فیوز‌های سه‌فاز نامتقارن است. فیوزی که زودتر ذوب می‌شود، ابتدا قطع می‌کند و ضربه‌دهنده آن مکانیسم قطع را برای باز کردن تیرک بار فعال می‌کند.
قطع دو فاز باقی‌مانده به مقایسه بین ویژگی‌های واقعی زمان-جریان فیوز‌های آنها (که جریان در دو فاز باقی‌مانده حدود 87٪ جریان سه‌فاز است) و زمان باز شدن تیرک بار که توسط ضربه‌دهنده فیوز اولیه آغاز می‌شود، بستگی دارد. اگر ذوب فیوز تأخیر کند، دو فاز باقی‌مانده توسط تیرک بار قطع می‌شوند. بنابراین، قطع جریان خطا در این محدوده بین فیوز و تیرک بار تقسیم می‌شود.
جریان انتقال دستگاه ترکیبی توسط دو عامل کلیدی تعیین می‌شود: زمان قطع تیرک بار که توسط ضربه‌دهنده فیوز آغاز می‌شود و ویژگی‌های واقعی زمان-جریان فیوز. جریان انتقال اسمی یک پارامتر فنی کلیدی است که بیشترین جریان را که تیرک بار می‌تواند به طور ایمن قطع کند، نشان می‌دهد. هنگام انتخاب فیوز‌های محدودکننده جریان، ویژگی‌های زمان-جریان آنها باید ارزیابی شوند تا مطمئن شویم جریان انتقال حاصل کمتر از جریان انتقال اسمی دستگاه ترکیبی باشد. این امر هماهنگی قابل اعتماد و ایمن بین تیرک بار و فیوز را تضمین می‌کند و محافظت مؤثر از ترانسفورماتورها را امکان‌پذیر می‌سازد.
1.2 قابلیت بستن
در طی تست‌های تیرک بار، گاهی اوقات عملیات بستن موفقیت‌آمیز نیست، معمولاً به دو دسته تقسیم می‌شود: عدم تأمین تعداد لازم عملیات بستن یا عدم توانایی بستن در جریان‌های خطا کوتاه‌مداری اسمی. تجزیه و تحلیل نتایج تست‌ها نشان می‌دهد که این شکست‌ها عموماً به دلیل فرسودگی بیش از حد تماس‌های اصلی است که توانایی تحمل جریان خطا کوتاه‌مداری اسمی را کاهش می‌دهد.
بنابراین، کاهش یا جلوگیری از فرسودگی تماس‌های اصلی برای دستیابی به نتایج تست موفق کلیدی است. تحقیقات و تست‌های گسترده نشان داده‌اند که افزودن تماس‌های کمکی از آلیاژ برنز-کروم با نقطه ذوب بالا به تماس‌های اصلی موجود می‌تواند به طور غیرمستقیم تماس‌های اصلی برنز با نقطه ذوب پایین را محافظت کند. رویکرد طراحی خاص می‌تواند بر اساس ساختار تماس‌ها - چه حرکت خطی یا نوع تیغه چرخشی - انعطاف‌پذیر باشد.
2. تحمل خطاهای قوس داخلی
قوس الکتریکی با هوا اطراف واکنش ناشی از خشونت دارد که باعث افزایش سریع دما و فشار می‌شود. اگر به درستی محدود نشود، می‌تواند خطرات جدی برای افراد و تجهیزات ایجاد کند. تست‌های خطای قوس داخلی باید جداگانه برای کامپارتمان گاز (کامپارتمان تیرک) و کامپارتمان کابل RMU انجام شود. برای عبور از این تست، باید معیارهای زیر را رعایت کرد:
پنل‌ها و درب‌های تجهیزات باید بسته باشند؛ تغییر شکل محدود قابل قبول است.
پوشش نباید پاره شود و هیچ تکه‌ای سنگین‌تر از 60 گرم نباید پرتاب شود.
هیچ سوراخی نباید در سطوح قابل دسترس تجهیزات تا ارتفاع 2 متر تشکیل شود.
شاخص‌های افقی و عمودی که در طی تست استفاده می‌شوند نباید توسط گازهای گرم روشن شوند.
پوشش باید طی تست به نقطه زمین‌گیر متصل بماند.
2.1 جریان خطا کوتاه‌مداری اسمی
جریان خطا کوتاه‌مداری اسمی دستگاه ترکیبی توسط فیوز انتخاب شده تعیین می‌شود. موارد زیر باید در نظر گرفته شود:
جریان خطا کوتاه‌مداری اسمی فیوز باید بیشتر یا مساوی با بیشترین جریان خطای پیش‌بینی شده در نقطه نصب در سیستم توزیع باشد.
جریان خطا کوتاه‌مداری اسمی فیوز باید به طور مناسب با جریان تحمل کوتاه‌مداری اسمی تیرک بار در دستگاه ترکیبی هماهنگ باشد.
سه فیوز از یک مدل و مشخصات باید نصب شوند؛ در غیر این صورت عملکرد قطع ممکن است تحت تأثیر قرار گیرد.
فیوز‌ها باید به درستی و کامل نصب شوند تا ضربه‌دهنده در زمان مناسب فعال شده و مکانیسم قطع تیرک بار را به طور مطمئن فعال کند.
بعد از عملکرد یک یا دو فیوز، همه سه باید جایگزین شوند مگر اینکه مطمئن شویم فیوز‌های بدون عمل جریانی نداشته‌اند.
2.2 عملکرد در ارتفاعات بالا
طراحی کامپارتمان‌های گاز بسته در RMUs معمولاً بر اساس عملکرد در ارتفاعات زیر 1000 متر است. در ارتفاعات بالاتر، هوا رقیق‌تر می‌شود و فشار جوی کاهش می‌یابد. چون چگالی گاز داخلی ثابت است، فشار نسبی در کامپارتمان بسته افزایش می‌یابد. این می‌تواند منجر به افزایش تنش مکانیکی بر روی پوشش، تغییر شکل و خطر بیشتر لو رفتن گاز شود. در چنین مواردی، باید قدرت پوشش به طور مناسب تقویت و از طریق تست اعتبارسنجی شود. کاهش فشار پر کردن گاز (یا چگالی) راه حل علمی یا توصیه شده نیست.
2.3 کنترل محتوای رطوبت
بند 6.5.1 استاندارد DL/T 791-2001، «راهنمای انتخاب تجهیزات کوتاه‌مداری گازی داخلی AC»، محتوای رطوبت در کامپارتمان‌های گازی را مشخص می‌کند: «وقتی فشار پر کردن اسمی کمتر یا مساوی 0.05 MPa است، محتوای رطوبت نباید بیش از 2000 μL/L (به حجم) باشد.» استانداردهای دیگر راهنمایی‌های خاصی نمی‌دهند. در تولید RMU، کنترل محتوای رطوبت در 1000 μL/L (در 20 درجه سانتیگراد) به عنوان معقول در نظر گرفته می‌شود، بر اساس موارد زیر:
تیرک بار جریان‌های کوچک نسبی (630 A) را قطع می‌کند، با حداکثر جریان انتقال (حدود 1500-2200 A).
فشار پر کردن کم است (اسمی 0.03-0.05 MPa)، به طور قابل توجهی کمتر از GIS پرتوس (حدود 0.5 MPa) است.
عملکرد بسته‌بندی بسیار خوب است که باعث ورود بسیار آهسته رطوبت از محیط خارج می‌شود.
نتایج تست نشان می‌دهد که تجزیه‌های SF6 بعد از قطع بسیار کم هستند.
در طی تست‌ها، نمونه‌ها به طور مخصوص کنترل رطوبت نشده‌اند، اما هیچ شکستی به دلیل رطوبت زیاد مشاهده نشده است.
بنابراین، کاملاً نادیده گرفتن کنترل رطوبت در تولید عقلانی نیست، همانطور که صرفاً پایبندی به محدوده‌های عایق‌بندی بدون در نظر گرفتن نیازهای خاموش کردن قوس. بر اساس سال‌ها تجربه عملی تولید و عملیات، حفظ محتوای رطوبت در 1000 μL/L (در 20 درجه سانتیگراد) در تولید هم از نظر فنی صحیح و هم معقول است.
3. نتیجه‌گیری
RMUs به مدت سال‌ها در چین تولید و عملیاتی شده‌اند، نشان‌دهنده فناوری بلوغ یافته، عملکرد پایدار و پذیرش قوی بازار. امید است که تولیدکنندگان بیشتری وارد این حوزه شوند و به بررسی، بحث و به اشتراک گذاشتن بینش‌های خود در مورد چالش‌های فنی موجود در تحقیق، تولید و عملیات ادامه دهند، به طوری که به طور جمعی فناوری RMUs را پیش ببرند و بهبود مداوم آن را ترویج دهند.
