Technische Analyse, Interne Bogenfoutbestendigheid & Optimalisatie van SF6 Volledig Geïsoleerde Gasgeïsoleerde Ring hoofdunits (RMUs)
SF6 volledig geïsoleerde gasgeïsoleerde ringhoofdschakelaars (hierna RMUs genoemd) bestaan voornamelijk uit belastingschakelaarsecties en hoogspannings AC belastingschakelaar-fuse combinatieapparatuur (hierna combinatieapparatuur genoemd). Afhankelijk van de wensen van de gebruiker kunnen ze worden geconfigureerd als gemeenschappelijke tank of unitaire structuren.
In praktische ingenieursapplicaties worden elektrische verbindingen meestal gemaakt met behulp van bovenop gemonteerde vaste-geïsoleerde busbars of zijdelings ingevoegde busbars. Onder de verschillende technische parameters vertegenwoordigen het overdrachtstroom van de combinatieapparatuursectie en de sluitcapaciteit van de belastingschakelaarsectie belangrijke uitdagingen in de ontwikkeling. Bovendien trekken interne bogen door groeiende veiligheidszorgen in de afgelopen jaren steeds meer aandacht van gebruikers.
1. Analyse van Technische Vraagstukken
Tijdens de ontwikkeling en productie van RMUs vereisen de volgende aspecten zorgvuldige overweging:
1.1 Overdrachtstroom
De overdrachtstroom van een combinatieapparaat verwijst naar de driedefase symmetrische stroom waarbij de onderbrekingsfunctie overgaat van de fuse naar de belastingschakelaar. Voor stromen die deze waarde overschrijden, wordt de onderbreking uitsluitend uitgevoerd door de fuses. Binnen lagere foutstromeranges vertonen de smelttijden van de driedefase fuses inherente variabiliteit. De fuse met de kortste smelttijd breekt eerst, en zijn slagker activeren activeert het tripmechanisme om de belastingschakelaar te openen.
De onderbreking van de overige twee fasen is afhankelijk van een vergelijking tussen de werkelijke tijd-stroomkenmerken van hun respectieve fuses (waarbij de stroom in de overige twee fasen ongeveer 87% van de driedefase stroom is) en de openingstijd van de belastingschakelaar die wordt geactiveerd door de slagker van de eerste onderbrekende fuse. Als de fusessmelt vertraagd is, worden de overige twee fasen onderbroken door de belastingschakelaar. Dus, de onderbreking van de foutstroom in dit bereik wordt gedeeld tussen de fuse en de belastingschakelaar.
De overdrachtstroom van de combinatieapparatuur wordt bepaald door twee sleutelfactoren: de triptijd van de belastingschakelaar die wordt geactiveerd door de slagker van de fuse en de werkelijke tijd-stroomkenmerken van de fuse. De gerateerde overdrachtstroom is een cruciale technische parameter, die de maximale stroom weergeeft die de belastingschakelaar veilig kan onderbreken. Bij het selecteren van stroombeperkende fuses moeten hun tijd-stroomkenmerken worden geëvalueerd om ervoor te zorgen dat de resulterende overdrachtstroom lager is dan de gerateerde overdrachtstroom van de combinatieapparatuur. Dit garandeert betrouwbare en veilige coördinatie tussen de belastingschakelaar en de fuse, waardoor effectieve bescherming van transformatoren mogelijk is.
1.2 Sluitcapaciteit
Tijdens de testen van belastingschakelaars komen er soms mislukte sluitoperaties voor, die in het algemeen in twee categorieën vallen: niet voldoen aan het vereiste aantal sluitoperaties of niet kunnen sluiten bij de gerateerde korte-sluittestromen. Analyse van de testresultaten wijst uit dat dergelijke mislukkingen voornamelijk worden veroorzaakt door excessieve erosie van de hoofdcontacten, wat hun vermogen om de gerateerde korte-sluittestroom te dragen vermindert.
Daarom is het minimaliseren of voorkomen van erosie van de hoofdcontacten cruciaal voor het bereiken van succesvolle testresultaten. Onderzoek en uitgebreide testen hebben aangetoond dat het toevoegen van hulpcontacten gemaakt van een koper-chroom legering met een hoge smeltpunt aan de oorspronkelijke hoofdcontacten deze indirect kan beschermen. De specifieke ontwerpaanpak kan flexibel worden aangepast op basis van de gebruikte contactstructuur - ofwel lineaire beweging of rotatiebladtype.
2. Bestandheid Tegen Interne Boogfouten
Een elektrische boog reageert hevig met de omringende lucht, wat leidt tot snelle temperatuur- en drukverhogingen. Als deze niet correct beheerst wordt, kan dit ernstige risico's vormen voor personeel en apparatuur. Interne boogfouttests moeten apart worden uitgevoerd voor de gascompartimenten (schakelcompartimenten) en kabelcompartimenten van de RMU. Om de test te passeren, moeten de volgende criteria worden voldaan:
De panelen en deuren van de schakelinstallatie moeten gesloten blijven; beperkte vervorming is acceptabel.
De behuizing mag niet breken, en er mogen geen fragmenten zwaarder dan 60 g worden weggeslingerd.
Er mogen geen gaten ontstaan op toegankelijke oppervlakken van de schakelinstallatie tot een hoogte van 2 m.
Horizontale en verticale indicatoren die tijdens de test worden gebruikt, mogen niet worden aangestoken door hete gassen.
De behuizing moet gedurende de hele test verbonden blijven met het aardingspunt.
2.1 Gerateerde Korte-Schuifonderbrekingsstroom
De gerateerde korte-schuifonderbrekingsstroom van de combinatieapparatuur wordt bepaald door de geselecteerde fuse. De volgende overwegingen gelden:
De gerateerde korte-schuifonderbrekingsstroom van de fuse moet groter zijn dan of gelijk zijn aan de maximale mogelijke foutstroom op het installatiepunt in het distributiesysteem.
De gerateerde korte-schuifonderbrekingsstroom van de fuse moet redelijk worden afgestemd op de gerateerde korte-tijd doorstaande stroom van de belastingschakelaar binnen de combinatieapparatuur.
Drie fuses van hetzelfde model en specificatie moeten worden geïnstalleerd; anders kan de onderbrekingsprestatie negatief worden beïnvloed.
Fuses moeten correct en volledig worden geïnstalleerd om ervoor te zorgen dat de slagker op het juiste moment activeert en betrouwbaar het tripmechanisme van de belastingschakelaar activeert.
Na het werken van één of twee fuses moeten alle drie worden vervangen, tenzij zeker is dat de ongefusede fuses geen stroom droegen.
2.2 Hoogtebewerking
Het ontwerp van verzegelde gascompartimenten in RMUs is meestal gebaseerd op bewerking op hoogten onder de 1.000 m. Op hogere hoogten wordt de lucht dunner en neemt de atmosferische druk af. Aangezien de interne gasdichtheid constant blijft, neemt de relatieve druk binnen het verzegelde compartiment toe. Dit kan leiden tot toenemende mechanische spanning op de behuizing, wat resulteert in vervorming en een hoger risico op gaslekken. In dergelijke gevallen moet de behuizingsterkte gepast worden versterkt en getest. Het verminderen van de gasvullingsdruk (of dichtheid) is geen wetenschappelijk verantwoorde of aanbevolen oplossing.
2.3 Vochtinhoud Controle
Artikel 6.5.1 van DL/T 791-2001, Richtlijnen voor Selectie van Binnen AC Gasgeïsoleerde Schakelinstallaties, specificeert de vochtinhoud in gascompartimenten: “Wanneer de gerateerde vullingsdruk niet meer is dan 0,05 MPa, mag de vochtinhoud niet meer dan 2.000 μL/L (bij volume) bedragen.” Andere normen bieden geen specifieke richtlijnen. In RMU-productie wordt het controleren van de vochtinhoud op 1.000 μL/L (bij 20°C) beschouwd als redelijk, gebaseerd op het volgende:
De belastingschakelaar onderbreekt relatief kleine stromen (630 A), met een maximum van overdrachtstroom (ongeveer 1.500-2.200 A).
De vullingsdruk is laag (gerateerd op 0,03-0,05 MPa), aanzienlijk lager dan die van high-voltage GIS (ongeveer 0,5 MPa).
De sluitprestatie is uitstekend, wat resulteert in een zeer langzame vochttoename vanuit de externe omgeving.
Testresultaten tonen minimale SF6-decompositieproducten na onderbreking.
Tijdens de tests werden de monsters niet doelbewust gecontroleerd op vocht, maar er werden geen falen waargenomen door te veel vocht.
Daarom is het volledig negeren van vochtcontrole tijdens de productie ongerechtvaardigd, evenals strikt vasthouden aan isolatiegebaseerde limieten zonder rekening te houden met boogdoofvereisten. Op basis van jarenlange praktijkervaring met productie en exploitatie is het handhaven van de vochtinhoud op 1.000 μL/L (bij 20°C) tijdens de fabricage zowel technisch verantwoord als redelijk.
3. Conclusie
RMUs worden al vele jaren in China geproduceerd en geëxploiteerd, wat een gerijpte technologie, stabiele prestaties en sterke marktacceptatie aantoont. Het wordt gehoopt dat meer fabrikanten zich in dit gebied zullen begeven en verder zullen onderzoeken, bespreken en inzichten delen over de technische uitdagingen die worden ontmoet in onderzoek, productie en exploitatie, waardoor RMU-technologie collectief wordt voortgezet en continu wordt verbeterd.
