Tehnička analiza otpornosti na unutrašnje lukove struja i optimizacija potpuno izolovanih SF6 gasnih kružnih glavnih jedinica (RMU)

SF6 potpuno izolovane gas-insulirane koloturne jedinice (u daljem tekstu RMU) uglavnom se sastoje od jedinica za opterećenje i visokonaponskih AC kombinovanih uređaja za opterećenje i prekidače (u daljem tekstu kombinovani uređaji). U zavisnosti od zahteva korisnika, mogu biti konfigurisane kao zajednički rezervoar ili modulizovane strukture.

U praktičnim inženjerskim primenama, električne veze su obično uspostavljene korišćenjem čvrsto izolovanih busbarova montiranih na vrhu ili busbarova sa strane. Među različitim tehničkim parametrima, prenosni tok kombinovanog uređaja i sposobnost zatvaranja jedinice za opterećenje predstavljaju ključne izazove u razvoju. Takođe, zbog rastućih bezbednosnih briga, unutrašnji lukovi su u poslednjih godina sve više privlačili pažnju korisnika.

1. Analiza tehničkih problema

Tokom razvoja i proizvodnje RMU, sledeći aspekti zahtevaju pažljivu razmatranja:

1.1 Prenosni tok

Prenosni tok kombinovanog uređaja odnosi se na trofazni simetrični tok pri kojem funkcija prekidanja prelazi sa žičnice na prekidač za opterećenje. Za tokove koji premašuju ovu vrednost, prekidanje se izvršava isključivo žičnicama. Unutar manjih opsega grešaka, vremena taloženja tri faze imaju inherentnu varijabilnost. Žičnica sa najkraćim vremenom taloženja prva prekida tok, i njen udarač aktivira mehanizam otkida da bi otvorio prekidač za opterećenje.

Prekid ostalih dvije faze zavisi od upoređivanja stvarnih vremensko-tokovskih karakteristika njihovih žičnica (gde je tok u preostalim dvema fazama približno 87% trofaznog toka) i vremena otvaranja prekidača pokrenutog udaračem prve prekinute žičnice. Ako je taloženje žičnice odloženo, preostale dvije faze prekida prekidač. Dakle, prekid greškastog toka u ovom opsegu deli se između žičnice i prekidača za opterećenje.

Prenosni tok kombinovanog uređaja određen je dva ključna faktora: vreme otkida prekidača za opterećenje pokrenutog udaračem žičnice i stvarne vremensko-tokovske karakteristike žičnice. Nominativni prenosni tok je ključni tehnički parametar koji predstavlja maksimalan tok koji prekidač može sigurno prekinuti. Pri izboru ograničavajućih žičnica, njihove vremensko-tokovske karakteristike moraju biti procenjene kako bi se osiguralo da rezultirajući prenosni tok bude ispod nominativnog prenosnog toka kombinovanog uređaja. To omogućuje pouzdanu i sigurnu koordinaciju između prekidača za opterećenje i žičnice, omogućavajući efikasnu zaštitu transformatora.

1.2 Sposobnost zatvaranja

Tijekom testiranja prekidača za opterećenje, ponekad se dešavaju neuspješni pokušaji zatvaranja, obično se podijele u dvije kategorije: neispunjavanje zahtjevanog broja operacija zatvaranja ili nemogućnost zatvaranja na nominativnim kratkospojnim tokovima. Analiza rezultata testiranja pokazuje da takvi propali pokušaji uglavnom su uzrokovani previše erozijom glavnih kontakata, što kompromitira njihovu sposobnost nositi nominativni kratkosponi tok.

Stoga, minimiziranje ili sprečavanje erozije glavnih kontakata ključno je za postizanje uspešnih rezultata testiranja. Istraživanja i ekstenzivno testiranje pokazala su da dodavanje pomoćnih kontakata od visokotalinske bakarno-hromne legure na originalne glavne kontakte može indirektno zaštititi kontakte nižeg talinskog bakra. Specifičan dizajn pristup može fleksibilno biti prilagođen u skladu s strukturom kontakata koja se koristi - bilo da je linearna ili rotacijska tipa.

2. Izdržljivost na unutrašnje lukove

Električni luk reaguje nasilno sa okružujućim vazduhom, što dovodi do brzog porasta temperature i pritiska. Ako nije pravilno sadržan, može predstavljati ozbiljan rizik za osoblje i opremu. Testovi na unutrašnje luke trebaju biti izvršeni posebno za gasni odsek (prekidačni odsek) i kabelski odsek RMU. Da bi prošli test, sljedeći kriteriji moraju biti ispunjeni:

• Paneli i vrata škrovne opreme moraju ostati zatvoreni; ograničeno deformisanje je prihvatljivo.

• Omotac ne smije ruptirati, i ne smiju biti izbaceni fragmenti teži od 60 g.

• Na dostupnim površinama škrovne opreme do visine od 2 m ne smiju nastati rupe.

• Horizontalni i vertikalni indikatori korišćeni tijekom testiranja ne smiju biti zapaljeni toplim plinovima.

• Omotac mora ostati spojen na tačku zemljišta tokom cijelog testa.

2.1 Nominativni tok prekidanja kratkospoja

Nominativni tok prekidanja kratkospoja kombinovanog uređaja određen je izabranom žičnicom. Sledeće razmatranje važe:

• Nominativni tok prekidanja kratkospoja žičnice mora biti veći ili jednak maksimalnom očekivanom toku greške na tački instalacije u distribucijskom sistemu.

• Nominativni tok prekidanja kratkospoja žičnice mora biti razumno uparen s nominativnim tokom kratkog vremena izdržljivosti prekidača za opterećenje unutar kombinovanog uređaja.

• Treba instalirati tri žičnice istog modela i specifikacije; inače, performanse prekidanja mogu biti negativno uticane.

• Žičnice moraju biti ispravno i potpuno instalirane kako bi se osiguralo da udarač aktivira u pravilnom trenutku i pouzdano pokrene mehanizam otkida prekidača za opterećenje.

• Nakon što jedna ili dvije žičnice funkcioniraju, sve tri treba zamijeniti, osim ako nije sigurno da neiskorištene žičnice nisu nosile tok.

2.2 Rad na visokim nadmorskim visinama

Dizajn zatvorenih gasnih odseka u RMU obično je temeljen na radu na nadmorskim visinama ispod 1,000 m. Na većim nadmorskim visinama, vazduh postaje tanji i atmosferski pritisak pada. Budući da unutarnja gustoća plina ostaje konstantna, relativni pritisak unutar zatvorenog odseka raste. To može dovesti do povećanja mehaničkog naprezanja na omotaču, što dovodi do deformacije i veće rizike od curenja plina. U takvim slučajevima, snaga omotača treba biti odgovarajuće pojačana i validirana putem testiranja. Smanjenje pritiska punjenja plina (ili gustoće) nije znanstveno zasnovano ni preporučljivo rješenje.

2.3 Kontrola sadržaja vlage

Clanak 6.5.1 DL/T 791-2001, Smernice za izbor unutrašnje AC gas-insulirane škrovne opreme, specificira sadržaj vlage u gasnim odsekcima: “Kada je nominativni pritisak punjenja manji ili jednak 0.05 MPa, sadržaj vlage ne smije premašiti 2,000 μL/L (po volumenu).” Ostali standardi ne pružaju specifične smernice. U proizvodnji RMU, kontrola sadržaja vlage na 1,000 μL/L (na 20°C) smatra se razumnom, bazirana na sljedećem:

• Prekidač za opterećenje prekida relativno male tokove (630 A), s maksimalnim prenosnim tokom (oko 1,500-2,200 A).

• Pritisak punjenja je nizak (nominativni 0.03-0.05 MPa), znatno niži od visokonaponskog GIS (oko 0.5 MPa).

• Performanse zatvaranja su odlične, što dovodi do veoma sporog ulaska vlage iz vanjskog okruženja.

• Rezultati testiranja pokazuju minimalne proizvode dekompozicije SF6 nakon prekidanja.

• Tijekom testiranja, uzorci nisu namerno kontrolirani u pogledu vlage, ali nisu zabeležene neuspjehe zbog prekomjerne vlage.

Stoga, potpuno zanemarevanje kontrole vlage tijekom proizvodnje nije opravdano, kao ni strogo pridržavanje granica izolacije bez obzira na zahteve za gasenje luka. Na osnovu godina praktične proizvodnje i operativnog iskustva, održavanje sadržaja vlage na 1,000 μL/L (na 20°C) tijekom proizvodnje je tehnološki zasnovano i razumno.

3. Zaključak

RMU su proizvedeni i operirali u Kini mnogo godina, pokazavajući zrelu tehnologiju, stabilnu performansu i snažnu tržišnu prihvaćenost. Nade se da će još proizvođača ući u ovu oblast i nastaviti istraživati, raspravljati i dijeliti uvide u tehničke izazove susrećene u istraživanju, proizvodnji i operaciji, time zajedno napredujući tehnologiju RMU i promičući njeno kontinuirano poboljšanje.